Зависимость средней скорости ветра от высоты.

При установившемся ветровом потоке скорость ветра возрастает с увеличением высоты над поверхностью Земли. Обычно регистрирующие приборы на метиостанциях располагаются на высотах 9-20м. В то же время оси современных ВЭУ могут находится на различных высотах в приземном слое толщиной 100м; имеются даже предложение о размещении ВЭУ на аэростатах. Поэтому для оценки эффективности использования ветрового потока необходимо установление вертикального профиля скоростей ветра.

В общем случае скорость ветра на высоте h₁ определяется через скорость ветра на высоте флюгера h_ф по формуле:

В таблице 1.2. приведены отношения средних скоростей на различных высотах к средней скорости на высоте 10 м и показателя m для различных сезонов года, справедливые для условий равнинной местности: степь, тундра, пустыня.

Коэффициент возрастания средней скорости ветра с высотой и показатель степени m

Сезон	Высота, м						m
	10	20	40	60	80	100
Зима	1	1,12	1,26	1,35	1,43	1,50	0,17
Весна	1	1,17	1,36	1,50	1,59	1,66	0,22
Лето	1	1,18	1,40	1,55	1,67	1,76	0,24
Осень	1	1,12	1,26	1,35	1,43	1,50	0,17
Год	1	1,15	1,32	1,44	1,53	1,60	0,20

Временные зависимости средней скорости ветра

Суточный ход средней скорости ветра – это изменение скорости ветра в течение суток, усредненной по всем суткам в определенном месяце и по многолетним наблюдениям.

Годовой ход средней скорости ветра – это изменение по месяцам в течение года многолетней среднемесячной скорости ветра.

Рассмотренные характеристики временной зависимости средней скорости ветра имеют важное значение для оценки не только ветроэнергетического потенциала определенной местности, но и эффективности его использования за счет учета степени согласованности графика поступления ветровой энергии с графиком энергетической нагрузки потребителей.

В частности, для Акмолинской области как суточный так и годовой ход средней скорости ветра оказывается весьма благоприятными для использования ВЭУ в автономном режиме. Максимум среднемесячных скоростей приходится на холодное время года и совпадает с сезонным пиком потребления тепловой и электрической энергии.

Характеристики распределения скорости ветра.

Существует 2 способа описания характеристик распределения случайной величины, которой в данном случае является скорость ветра v на некоторой высоте.

Один из них основан на разбиении всей области случайных значений скорости на интервалы вблизи значений (i=1,2,…,n), которые обычно соответствует середине соответствующего интервала, непосредственном экспериментальном получении выработки случайных значений скорости и определении повторяемости скорости ветра, т.е. относительной доли t_i попадания скорости в каждый интервал ; она также называется дифференциальной вероятностью появления скорости . При этом соблюдается условие (нормировки):

(1.2)

Повторяемость скорости вета является одной из важнейших характеристик кадастра. Она показывает, какую часть времени в течение рассматриваемого периода ветер имел определенную скорость. Тем самым определяется энергетическая ценность ветра, оценивается целесообразность и эффективность его использования.

Оценка средней скорости ветра дает выражением:

(1.3)

Аналогично рассчитывается оценка среднего значения любой функции скорости.

Интегральная вероятность F_i определяется как вероятность того, что скорость ветра падает в i-й или более высокий интервал скоростей:

(1.4)

Условие нормировки (1.2) при этом выразится как F₁=1.

Другой способ описания характеристик скоростей ветра основан на поиске детерминистских модельных функций F(v) и f(v), описывающихся распределение случайных значений скорости ветра v в соответствии со следующими связанными определениями:

F(v) – интегральная функция распределения, равная вероятности того, что скорость ветра больше значения v;

– дифференциальная функция распределения, равная плотности вероятности, т.е. отношению вероятности нахождения скорости в интервале между v и v+dv к ширине интервала dv.

Из этих определений следует неравенство f(v) 0 и условия нормировки функций распределения вероятностей:

F(0)=1;

F( )=0;

;

Среднее значение, или математическое ожидание, скорости ветра M[v] дает выражение:

(1.5)

Аналогично рассчитывается среднее значение, или математическое ожидание, любой функции скорости.

2 Ресурсы и запасы.

Валовый (теоретический) потенциал ВИЭ – годовой объем энергии, содержащийся в данном виде ВИЭ при полном ее превращении в полезно используемую энергию.

Технический потенциал (ресурс) ВИЭ – часть валового потенциала, преобразование которого в полезную энергию возможно при существующем уровне развития технических средств, при соблюдении требований по охране природной среды.

Технический потенциал составляет от доли процента додесятков процентов от валового потенциала. Он постоянно увеличивается по мере развития производства и совершенствования технологий.

2.1 Обоснование необходимости использования возобновляемых источников энергии в Казахстане.

В отличие от истощаемого органического топлива, возобновляемые источники энергии – неисчерпаемы, а процессы получения электрической и тепловой энергии от ВИЭ значительно безопаснее с точки зрения экологии, чем от электростанций на органическом топливе. Только одна цифра, характеризующая остроту и масштаб экологических проблем традиционной тепловой энергетики. В Казахстане к имеющимся 1,32 млрд т золошлакованых отходов на территории 22 000 га ежегодно добавляется еще 20 -25 млн т. Также сегодня понятно что, органически сжигаемое топливо и его ск=рок продлится по разным оценкам от 20 до 45 лет. Поэтому сегодня в мире наблюдается настоящий бум энергетики на возобновляемых источниках.

По данным Международного энергетического агентства за период с 1999 по 2004 года мировое производство первичной энергии возросло в среднем на 1,6% в год, а на основе ВИЭ – 1,8%. Одновременно, ветроэнергетика возросла со среднегодовым темпом 23,9%. Поэтому в некоторых странах сегодня именно ветроэнергетика стала «новой» энергетикой, обеспечивая в отдельные моменты до 60-70% общей выработки электрической энергии в национальных энергосистемах.

По прогнозу Европейского совета о возобновляемым источникам энергии доля ВИЭ в общем производстве первичной энергии будет возрастать такими темпами: 2001г.-13,6%; 2010г. – 16%; 2020г.-23,6%; 2030г. -34,7%; 2040г. -47,7%, при условии, что среднегодовые темпы производства первичной энергии составят 1%, т.е. потребление первичной энергии увеличится с 10 млрд т в нефтяном эквиваленте с 2000г до 14 млрд т в 2040г. Этот прогноз составлен исходя из весьма умеренных темпов развития различных видов ВИЭ.

Успешное развитие возобновляемой энергетики за рубежом обусловлено многими причинами. Но главным, на наш взгляд является стабильная и разнообразная поддержка государства. Формы поддержки различны в разных странах и сводятся к следующему перечню: налоговые скидки, налоговые каникулы, фиксированный тариф на электроэнергию, вырабатываемую на базе ВИЭ к сетям общего пользования, беспроцентные кредиты, свободный доступ частных владельцев электростанций на базе ВИЭ, государственное финансирование пилотных проектов, долевое финансирование проектов, и т. д. Эти разнообразные меры поддержки в экономиках стран разного типа и разного уределение для ветровой энергии.овня развития, разного типа структуры электроэнергетических рынков дают заметный положительный результат.

Определение ресурсов ветровой энергии.

Об определении валового ресурса (потенциала).

В отличие от других видов источников энергии, например солнечной, в определение валового потенциала ветровой энергии входит условие возможности её использования, поскольку ветер занимает огромные объемы в атмосфере Земли над регионом, так что даже теоретически возможно использовать только малую часть общего ресурса ветровой энергии. Учитывая сказанное и исходя из общего определения валового потенциала возобновляемых источников энергии, можно сформулировать следующее определение для ветровой энергии. Валовый (теоретический) ресурс (потенциал) –это часть среднемноголетней суммарной ветровой энергии, которая доступна для использования на площади региона (страны, континента), которая доступна для использования на площади региона (страны, континента) в течение одного года.