Основные энергетические характеристики ветра

1. Среднеинтервальная скорость ветра за период времени T (сутки, месяц, год) – V_сут; V_мес; V_год; Vо (за Т наблюдений не менее 10-12 лет).

Среднемноголетняя скорость ветра Vо – исходная характеристика интенсивности ветра в географической точке определяется как средняя арифметическая величина, полученная из ряда замеров через равные промежутки времени:

t = 1 час (анемометр, погрешность измерения 5-7%)

t = 1 с (мгновенно) – анемограф, погрешность – 1%..

Как правило, анемометр может располагаться на разной высоте от 4 до 60 м, в качестве стандарта в России используют 10 м. Как правило достаточно иметь ряд наблюдений за скоростью ветра порядка 10 -12 лет

Vо позволяет судить в первом приближении о перспективности использования ВЭ в данном районе. Если Vо 4 м/с, то этот регион перспективен для использования ветроэнергетики.

2. Максимальная скорость ветра - это наибольшая скорость ветра, которая может наблюдаться в данном районе за некоторый период времени T. Однако – это вероятностная величина, которая определяется по результатам прошлых лет, наблюдается и прогнозируется на будущий период.

Знания о максимальных скоростях ветра необходимы для выполнения расчетов на прочность отдельных узлов и элементов ВЭУ (башня, лопасти, устройства ориентации – ветроколеса на ветер и т.д.)

Неправильный учет:

- с одной стороны, излишний запас на прочность приводит к утяжелению конструкции и увеличению затрат на строительство;

- с другой стороны, недоучет приводит к поломкам и разрушению.

Раз в 50 лет бывают скорости ветра, превышающие Vо в 5 – 10 раз.

3. Порывистость ветра

Показателем является К_пор:

где - скорость ветра в максимальном порыве, усредненная за .

Порывы ветра являются метеорологическим фактором, вызывающим динамические нагрузки на работающий ветроагрегат на высоте конструкции. К_пор с увеличением высоты от поверхости Земли уменьшается, на высоте Н=100 м К_пор =1,1- 1,2, а на высоте Н=10 м К_пор =1,2- 1,4. Также К_пор зависит и от интервала осреднения , с его уменьшением К_пор уменьшается.

4. Изменение параметров ветра по времени: суточный и годовой ход ветра

Интенсивность ветра - изменяется в широких пределах, и наряду со случайными изменениями имеют место и закономерные, обусловленные временем года и суток.

Годовой ход ветра - это изменение в течение года среднемесячной скорости ветра V_мi(t_i), i=1,….12.

Суточный ход ветра - изменение среднечасовых значений скорости ветра в течении суток V_чj(t_j) j=1,…24

5. Повторяемость по фактическим данным показывает, какую часть времени в течение рассматриваемого периода дули ветра с той или иной скоростью. С помощью этой характеристики выявляется энергетическая ценность ветра и определяются основные энергетические характеристики, определяют эффективность и целесообразность использования энергии ветра.

Задача по определению повторяемости скорости ветра довольно трудоемкая и сводится к обработке многих рядов наблюдений, как правило не менее 10-12 лет. Для статистической обработки материалов и получения дифференциальной повторяемости используется выражение

t_i (∆V_i)=m_i/n,

где t_i-повторяемость в % (∆V_i - интервал скорости ветра,м/с m_i- количество измерений скорости V, попадающий в ∆V_i; n-общее число измерений скорости за рассматриваемый период ∆V_i = V_i ^max- V_i ^min.

Стандартно имеется 15 интервалов со следующими значениями: 0-1,
2-3…..16-17; 18-20; 21-24; 25-28; 29-34; 34-40 и более 40 м/с. Численные значения фактической повторяемости скоростей ветра, представленные в климатическом справочнике по градациям (т.е. интервалы до 18 м/с с шагом -2 м/с, а при более высоких скоростях - 3-6 м/с).

Расчет среднемноголетней скорости (или среднегодовой) ветра V₀ (м/с) по заданной дифференциальной повторяемости средних по градациям скоростей t(V_гр) производится по формуле

_n

V_о = å V_i^град * t_i(V_i^град)*10^-2,

ⁱ⁼¹

где V_i^град, (м/с) - средняя скорость ветра для i -ой градации с повторяемостью t_i, n – количество градаций.

Если: V₀>5 м/с – хорошие условия для использования энергии ветра в заданной точке А; V₀< 3 м/с – не рекомендуется использование энергии ветра в заданной точке А; 3 м/с <V₀<5 м/с – можно использовать, но требуется экономическое обоснование целесообразности использования энергии ветра в заданной точке А.

6. Роза ветров – метеоданные о направлении ветра. Направление ветра определяется стороной света, откуда дует ветер.

Роза ветров показывает для каждого направления повторяемость за некоторый период времени (месяц, год, несколько лет). В России принято 8 направлений – румбы (см. выше рисунок). Информация о направлении ветра важна особенно, когда ВЭУ размещают в горной местности, вблизи зданий и т.д., т. е. когда возможно их затенение при некоторых направлениях ветра. Направление ветра на МС измеряется в градусах, начиная от С – от 0 до 360. В таблице и на рисунке представлены рекомендуемые соотношения для привязки измерений направлений скорости ветра в градусах к восьми основным румбам, которые будут использованы при построении многолетней розы ветров.

Таблица

Рисунок - Рекомендуемые соотношения для привязки измерений направлений скорости ветра в градусах к восьми основным румбам

7. Кривая обеспеченности F(V_д) показывает вероятность того, что скорость ветра попадающая в i –ыйзаданный диапазон превысит начальную скорость V_i^min из этого диапазона и рассчитывается по формуле:

_j=i-1

F_i(V_i) = F_i(V_i^min) = 100 % - å t_j(V_j), (2.9)

^j=1

где V_i^min (м/с) - нижняя граница i -ой градации скоростей, т.е. V_i^min £V _i < V_i^max, а t_j(V_j) - дифференциальная повторяемость скоростей ветра,
F_i(V_i) =F_i(V_i^min) - вероятность того, что скорость ветра V_i превысит минимальную скорость ветра из i -го диапазона.

В дальнейших расчетах – эта кривая может быть использована для расчета времени работы и простоя ВЭУ и также при определении параметра a функции Вейбулла.

8. Коэффициент вариации C_V характеризует интенсивность колебания скоростей ветра относительно среднемноголетнего значения V₀и может определяется по диффенциальной повторяемости скорости ветра: