3.5. Анализ удельного ветроэнергетического потенциала

В таблице 6 представлены данные о ветроэнергетическом потенциале по метеостанциям Республики Башкортостан для высоты, на которой расположен флюгер метеостанции (10-12 метров).

Значение стандартного квадратичного отклонения варьируются от 0,18 до 0,49.

Коэффициент вариации Cv, характеризующий временную изменчивость значений скорости весьма мал, и меняется по территории сравнительно мало, от 0,08 до 0,15. Данный факт свидетельствует о вполне стабильном по времени и по территории режиме ветрового потока.

Коэффициент асимметрии варьируется от значения -0,57 до значения 0,74. Среднее значение коэффициента асимметрии равно -0,01, что позволяет нам говорить о том, что асимметрия маленькая.

Коэффициент эксцесса варьируется от значения -1,46 и до значения -0,08. Среднее значение коэффициента эксцесса равно -0,7. Это означает, что данные обладают отрицательным эксцессом.

Ветроэнергетический потенциал по метеостанциям Республики меняется от 2,1 (Тукан) до 26,8 Вт/м2 (Кумертау). Средний показатель удельного ветроэнергетического потенциала территории Республики Башкортостан равен значению 11,9 Вт/м², что позволяет нам считать, что территория Башкортостана в целом малопригодна для строительства ветряных станций.

Однако, в отдельных районах, в которых фиксируется превышение показателя удельного ветроэнергетического потенциала, равного 20 Вт/м², в целом возможно развитие ветроэнергетики. В Республике Башкортостан этими районами являются: Белебеевская возвышенность, степные районы Зауралья, Сакмаро-Бельская возвышенность и территория северного Башкортостана.

Таблица 6

Удельный ветроэнергетический потенциал территории Республики Башкортостан

Метеостанция	Средняя Vc, м/с	σ	Cv	A	E	Nc, Вт/м2
Уфа	2,12	0,29	0,14	-0,26	-0,62	6,2
Туймазы	1,83	0,18	0,10	0,63	-0,48	3,9
Стерлитамак	1,75	0,23	0,13	-0,57	-0,31	3,5
Тукан	1,48	0,20	0,13	-0,19	-0,48	2,1
Белорецк	1,48	0,19	0,13	0,01	-0,87	2,1
Архангельское	2,58	0,38	0,15	-0,01	-0,87	11,2
Акъяр	3,33	0,27	0,08	-0,10	-1,46	23,1
Кизильское	2,6	0,30	0,11	0,37	-0,74	11,2
Учалы	2,63	0,49	0,19	0,00	-0,25	12,3
Зилаир	2,32	0,24	0,10	-0,10	-1,41	7,9
Караидель	2,2	0,23	0,10	0,74	-0,08	6,7
Аксаково	3,44	0,32	0,09	-0,39	-0,18	25,6
Бирск	2,8	0,30	0,11	-0,06	-1,01	13,9
Кумертау	3,5	0,30	0,09	0,22	-0,70	26,8
Аскино	3,3	0,33	0,10	-0,42	-1,01	22,7

В реальных условиях при использовании ВЭУ часть энергии по известным причинам будет потеряна.

Значения ветроэнергетического потенциала, показанные на рисунке 8, недостаточны для строительства крупных ветряных электростанций, однако они позволяют разместить ветряные установки малой мощности.

Рис. 8. Удельный ветропотенциал территории Республики Башкортостан

Результаты, полученные в таблице 6, еще раз доказывают прямую зависимость ветроэнергетического потенциала территории от средней скорости ветрового потока.

Также нами был рассчитан максимально возможный ветроэнергетический потенциал территории Республики Башкортостан. Для его расчета были взяты данные о максимальном значении порыва ветрового потока на высоте 10-12 метров. Результаты расчета представлены в таблице 7.

В данном случае средняя максимальная скорость ветрового потока равна 11,98 м/с, что более чем в 4 раза превышает среднюю скорость ветра, характерную для территории Республики Башкортостан в целом.

Значение стандартного квадратичного отклонения варьируются от 0,21 до 0,53.

Коэффициент вариации Cv, характеризующий временную изменчивость значений скорости весьма мал, и меняется по территории сравнительно мало, от 0,02 до 0,05. Данный факт свидетельствует об очень стабильном по времени и по территории режиме ветрового потока.

Коэффициент асимметрии варьируется от значения -1,4 до значения 0,5. Среднее значение коэффициента асимметрии равно -0,2, что позволяет нам говорить о том, что асимметрия маленькая.

Коэффициент эксцесса варьируется от значения -1,5 и до значения 1,2. Среднее значение коэффициента эксцесса равно -0,4. Это означает, что данные обладают отрицательным эксцессом.

Таблица 7

Удельный максимальный ветроэнергетический потенциал территории Республики Башкортостан

Метеостанция	Средняя максимальная Vc, м/с	σ	Cv	A	E	Nc
Уфа	12	0,35	0,03	0,5	0,7	1061,9
Туймазы	12	0,53	0,04	-0,8	0,4	1065,3
Стерлитамак	11,6	0,23	0,02	0,2	-0,7	958,0
Тукан	11,4	0,52	0,05	-0,7	-0,3	913,8
Белорецк	11,8	0,30	0,03	-0,4	-0,3	1009,1
Архангельское	11,7	0,49	0,04	-0,1	-1,5	986,8
Акъяр	12,3	0,25	0,02	0,4	-0,6	1142,2
Кизильское	12,1	0,37	0,03	-0,1	-1,5	1089,0
Учалы	12,5	0,52	0,04	-1,4	1,2	1203,3
Зилаир	11,9	0,31	0,03	0,5	-0,3	1035,1
Караидель	12	0,34	0,03	-0,4	0,1	1061,8
Аксаково	12	0,26	0,02	0,4	-0,4	1060,7
Бирск	12	0,21	0,02	-0,6	-1,0	1060,3
Кумертау	12,4	0,49	0,04	0,2	-1,0	1174,2
Аскино	12,1	0,38	0,03	-0,5	-1,1	1089,2

Для оптимальной трансформации ветровой энергии в электричество, согласно исследованиям различных авторов, ветряные установки необходимо сооружать на больших высотах: от 30 до 100 метров и даже выше, так как скорость ветра с высотой увеличивается по логарифмическому закону.

Авторами [53] доказано, что ветроэнергетический потенциал на высоте 30 м выше в 7,7 раза (в среднем), на высоте 100 м - в 12,4 раза. При этом среднегодовые скорости воздушных потоков на стометровой высоте превышают 7 метров в секунду. Если для размещения ВЭУ выйти на высоту 100 м, используя подходящую естественную или искусственную возвышенность, практически на всей территории Республики Башкортостан можно эффективно использовать ветроагрегаты.

Более точная оценка ветроэнергетического потенциала, при условии расположения ВЭУ на высоте 100 метров, невозможна без проведения аэрологических наблюдений.

Следует отметить, что дополнительные возможности может принести использование ВЭУ, работающих при малых скоростях ветра. Прогресс не стоит на месте и сейчас имеется ряд улучшенных конструкций ВЭУ.

Например, специалисты Института криосферы Земли Сибирского отделения РАН предложили заменить воздушные винты на шнеки - спиральные винты Архимеда. Самое главное преимущество - большая площадь лопастей по сравнению с традиционными винтами, а значит, и более высокая производительность. Спиральные лопасти благодаря своей геометрии сохраняют форму и при малой толщине, даже если изготовлены из тонкого стального или алюминиевого листа, или пластмассы, а для тонкостенной ступицы, на которой они укреплены, служат своеобразными ребрами жесткости.

Следует отметить, что полученные в данной работе результаты, в целом, соотносятся с общими результатами, опубликованными в национальном кадастре ветроэнергетических ресурсов России [32].

ВЫВОДЫ

1. При расчете и последующем анализе среднемесячных и среднегодовых скоростей ветрового потока, выделяются ряд областей, формально подходящих для развития ветроэнергетики. Это территории Белебеевской возвышенности (метеостанция Аксаково), территория степного Зауралья (метеостанция Акъяр), территория Северного Башкортостана (метеостанция Аскино), а также территория Сакмаро-Бельской возвышенности (метеостанция Кумертау). На всех трех метеостанциях зафиксировано превышение порогового показателя скорости ветрового потока равного 3 м/с.

2. При вычислении удельной теоретической мощности было установлено, что превышение необходимого показателя в 50 Вт/м² наблюдается только на метеостанции Кумертау

3. Анализируя суточной ход средней скорости ветра можно заметить, что средняя скорость ветрового потока в дневные часы всегда выше скорости ветрового потока в ночные часы. При этом, амплитуда суточного хода средней скорости ветрового потока в летние месяцы резко возрастает. Если ночью средняя скорость ветра равна около 2 м/с, то в светлое время суток средняя скорость ветрового потока превышает 4 м/с.

Повторяемость благоприятных условий для работы ветряных энергетических установок (скорость ветра 3 м/с и более) составляет соответственно 60,2; 65,6; 59,5 и 66,7%.

4. В ходе оценки ветроэнергетического потенциала выделяется 4 области, подходящие для развития малой ветроэнергетики: Белебеевская возвышенность, степные районы Зауралья, Сакмаро-Бельская возвышенность и территория Северного Башкортостана. На всей остальной территории Республики Башкортостан ветроэнергетический потенциал крайне мал для строительства ВЭС и ВЭУ.