3.Валовый ветроэнергетический ресурс

Предложенная выше классификация видов ветроэнергетических потенциалов (ресурсов) позволяет сформировать взаимосвязанную систему показателей, с помощью которой можно будет целенаправленно, с учетом стоящих перед разработчиком программ развития региональной ветроэнергетики (исследователем) задач, оценивать местные возможности по преобразовании энергии ветра в электрическую энергию.

3.1. Валовый ресурс энергии ветрового потока

Удельная энергия ветрового потока, поступающего на единицу ометаемой площади ветроколеса в единицу времени (плотность энергии ветрового потока). Для энергетического использования энергии ветра в определенной точке i-й территории на высоте h поверхности земли необходимо знать удельную кинетическую энергию ветрового потока, т. е. энергию воздушной массы (кг) плотностью ρ (кг/м³), поступающей за одну секунду со скоростью u (м/с) на 1 м² ометаемой площади ветрового колеса

.

Средняя плотность воздуха ρ будет различаться:

в разных точках территории оценки ресурса (потенциала), характеризующихся своими климатическими условиями и высотой территории над уровнем моря;

месяцем, для которого осуществляется оценка, определяющем средние температуры воздуха, его влажность и давление;

высотой оси ветрогенератора от уровня земли, влияющей на изменение перечисленных выше показателей.

Масса воздуха , поступающего на единицу ометаемой площади 1 м² ветрового колеса за 1 секунду, определяется как

для которой единица измерения может быть представлена следующим образом

С учетом этого формула удельной кинетической энергии ветра может быть преобразована в выражение

с единицей измерения этой энергии

Чтобы перевести количество энергии, поступающей на единичное сечение за одну секунду, в количество энергии, поступающей на него за один час, следует умножить исходное выражение на 3600 секунд. Перевод энергии, измеряемой в , в потребует еще и деления на ту же самую величину - 3600 секунд. В связи с этим можно утверждать, что при переходе от измерения удельной энергии ветрового потока на единицу ометаемой площади в единицах к измерению в исходное выражение не изменяется, т.е.

Для оценки валовых ветроэнергетических ресурсов понадобятся функции плотностей распределения вероятностей скоростей ветра в i-й ячейке территориальной сетки на высоте h от уровня земли:

t-м интервале времени суток j-го месяца года и

суточном интервале j-го месяца года .

Плотности вероятностей скоростей ветра на t-м интервале времени суток продолжительностью часа позволит в дальнейшем оценить ветроэнергетические потенциалы, необходимые для выбора оборудования ветроэнергетических станций и гибридных систем энергоснабжения с учетом суточных изменений скоростей ветра и суточных графиков нагрузки.

С учетом вероятностных характеристик скоростей ветра точечный часовой удельный ветроэнергетический ресурс в i-й территориальной ячейки на t-м интервале суток j-го месяце может быть оценен в тех же единицах (вт/м²) как

,

где

- начальный момент третьего порядка случайной величины скорости ветра в t-м интервале суток j-го месяца года.

Аналогично оценивается и часовой удельный ветроэнергетический ресурс на суточном интервале j-го месяца

,

где

- начальный момент третьего порядка случайной величины скорости ветра на суточном интервале j-го месяца года.

При проведении расчетов необходимо иметь в виду, что и плотность атмосферного воздуха , и функция плотности вероятности распределения скоростей ветра в j-м месяце в точке оценки потенциала будет зависеть от высоты места оценки потенциала над уровнем моря, климатических и метеоусловий в рассматриваемой местности, расстояния (высоты) от поверхности земли (или водного объекта) до оси ветроколеса.

Энергия ветрового потока, поступающая на ометаемую площадь ветроколеса одной ветроэнергетической установки в единицу времени. Оценка производится в квт∙ч/ед.вр. Знание диаметра ветроколеса (м) выбранной для проведения оценки g-й ветроустановки и удельной (на 1 м²) часовой энергии ветрового потока позволяет оценить поступающую на ветроколесо одной ВЭУ всю:

часовую энергию в t-м интервале суток j-го месяца

,

энергию всего t-го интервала суток j-го месяца

,

часовую энергию в j-м месяце

,

энергию j-го месяца

,

годовую энергию за 12 месяцев

,

где

_- площадь ометаемой поверхности одной g-й ветроустановкой, м²;

- количество часов в j-м месяце года.

Ветровая энергия, захватываемая ветроэнергетическими установками на рассматриваемой территории. Для оценки пол­ной энергии ветра, захватываемой в ветроэнергетическими установками на территории площадью S_i (м²), необходимо определить количество установок (шт.), которые могут быть размещены на этой территории. При оценке количества ветроустановок, размещаемых на территории площадью S_i (м²), принимается во внимание необходимость установки ветрогенераторов на расстоянии

друг от друга. В этом выражении - количество диаметров ветроколеса , определяющих расстояние, на котором возмущенный воздушный поток полностью восстанавливается после прохождения препятствия. С учетом этого при допущении о круговой розе ветров занимаемая одной ВЭУ площадь составит

,

а количество ветроэнергетических установок g-го типа на этой территории может быть рассчитано как

_.

Суммарная ветровая энергия, захватываемая ветроэнергетическими установками на рассматриваемой территории, составит для:

одного часа t-го интервала суток j-го месяца

всего t-го интервала суток j-го месяца

,

часового интервала в j-м месяце

всех часов j-го месяца

;

двенадцати месяцев года

.

Валовый ветроэнергетический ресурс ветрового потока рассматриваемой r-й территориальной единицы складывается из валовых ресурсов i-х выделенных территорий, в нее входящих, т.е.

и

где

- количество рассматриваемых территорий, входящих в r-ю территориальную единицу.

Удельная ветровая энергия, захватываемая ветроэнергетическими установками на единице площади рассматриваемой территории. При известной величине пол­ной энергии ветра, захватываемой в ветроэнергетическими установками на территории площадью S_i (м²), не представляет особого труда найти значение показателя, характеризующего среднее значение энергии ветра, приходящееся на 1 м² этой территории, квт∙ч/(ед.вр.∙м²) .

Значение этого удельного показателя составит для:

одного часа t-го интервала j-го месяца

;

всего t-го интервала j-го месяца

часового интервала в j-м месяце

;

всех часов j-го месяца

;

двенадцати месяцев года

.