2.2. Состав задания

Часть 1. Расчет ветроэнергетического кадастра в точке а

1) Рассчитать и построить многолетнюю повторяемость средних по градациям значений скорости ) и определить: среднемноголетнюю скорость , наиболее повторяемую скорость V_t на высоте флюгера 10 м. Сделать вывод о целесообразности использования ветровой энергии в точке А.

2) Рассчитать и представить графически кривую обеспеченности заданных диапазонов скорости ветра P(V).

3) Постройте (представьте графически) розу ветра и сделайте вывод о преобладающем направлении ветра в исследуемой точке А.

4) Определите: среднеквадратичное отклонение скорости ветра и коэффициент вариации C_v.

5) Определите среднемноголетнюю скорость ветра в точке А по данным МС-аналога.

6) На высоте 10 м в точке А оцените: валовую годовую удельную энергию ветрового потока Э_уд, кВт.ч/м²; среднегодовую удельную валовую мощность ветрового потока N^уд, Вт/м².

Часть 2. Расчет технических ветроэнергетических ресурсов в точке а

7. Рассчитать и представить графически высотный профиль среднемноголетней скорости ветра V₀^А на высотах: 10, 30, 50, 80, 100, 200 м в заданной точке A по степенной зависимости двумя методами: среднестатистический в зарубежных методиках - m=0,14 и эмпирической зависимости для данного региона - m=0,6 ( ^А)^-0.77. Сделайте вывод о влиянии метода расчета показателя m на вертикальный профиль ветра.

8. На высоте башни ВЭУ рассчитать ветроэнергетический кадастр в заданной географической точке А:

- среднемноголетнюю скорость ветра V₀^Нб, м/с;

- теоретическую повторяемость скорости по формуле Вейбулла t^В (V) и представить графически на том же графике, где ) (на высоте 10 м) и проанализируйте, как меняется вид характеристики повторяемости скорости с увеличением высоты;

- валовую годовую удельную энергию ветрового потока Э_уд^Нб, кВт.ч/м²;

- среднегодовую удельную валовую мощность ветрового потока , Вт/м²;

- построить зависимость Э_уд(V) и определить наиболее энергетическую скорость ветра V_e;

- кривую обеспеченности заданных диапазонов скорости ветра Р^Нб(V) и представить ее графически.

9) Для заданного типа ВЭУ определить основные энергетические характеристики ВЭУ:

- ометаемую площадь ветроколеса F_ом, м²;

- годовую выработку ВЭУ Э_ВЭУ, МВтч;

- годовое число часов работы T_раб и простоя Т_прос ВЭУ, ч;

- коэффициент использования установленной мощности К_иум.

10) Оценить валовой Э^вал и технический потенциал Э^тех на высоте башни ВЭУ с S=1 км² за год с учетом розы ветров.

2.3. Методические рекомендации по выполнению расчетного задания №2

2.3.1. Часть 1. Расчет ветроэнергетического кадастра в точке а

1) Рассчитать и построить многолетнюю повторяемость средних по градациям значений скорости ) и по ней определить среднемноголетнюю скорость и наиболее повторяемую скорость V_t. Сделать вывод о целесообразности использования ветровой энергии в точке А

Повторяемость скорости ветра t(V) (в о.е. или %) показывает, какую часть времени в течение рассматриваемого периода T (от нескольких минут до многих лет) дули ветры с той или иной скоростью. При построении повторяемости скорости ветра t(V) переходят от диапазонов скорости к градациям. Левая граница j –ой градации определяется, как среднее арифметическое значение границ двух смежных диапазонов скорости и , т.е.:

. (2.1)

Пересчет границ диапазоны в границы градаций, а также средние скорости в каждой градации представлены в таблице 2.8.

Таблица 2.8

Стандартные диапазоны, градации и средние значения градаций скорости ветра, принятые в России

Vj – Vj+1 , м/с	– , м/с	, м/с
0–1	0–1,5	0,75
2–3	1,5 –3,5	2,5
4–5	3,5–5,5	4,50
6–7	5,5–7,5	6,5
8–9	7,5 –9,5	8,5
10–11	9,5–11,5	10,5
12–13	11,5–13,5	12,5
14–15	13,5–15,5	14,5
16–17	15,5–17,5	16,5
18–20	17,5–20,5	19
21–24	20,5–24,5	22,5
25–28	24,5–28,5	26,5
29–34	28,5–34,5	31,5
35–40	34,5–40	36,75
выше 40	…	…

Среднемноголетняя скорость ветра служит исходной характеристикой общего уровня интенсивности ветра в рассматриваемом месте и по ней в первом приближении можно судить о перспективности использования ветровых ресурсов. Расчет среднемноголетней скорости ветра производится по повторяемости скорости по средним градациям ):

, (2.2)

где N^гр – количество градаций. Расчет следует представлять в табличном виде (см. табл.2.9).

Таблица 2.9

Расчет

, м/с	0,75	2,50	4,50	6,50	8,50	10,50	12,50	14,50	16,50
t ( ), %
, м/с

На ранних этапах проектирования для системных ВЭУ принимается на высоте флюгера: >5 м/с – хорошие условия для использования энергии ветра; <4 м/с – не рекомендуется использование энергии ветра; 4м/с< <5 м/с – требуется экономическое обоснование для целесообразности использования энергии ветра.

Наиболее повторяемая скорость V_t соответствует скорости ветра при которой ) принимает максимальное значение.

2. Рассчитать и представить графически кривую обеспеченности заданных диапазонов скорости ветра P(V)

Кривая обеспеченности скорости ветра P(V) рассчитывается для каждого j–ого диапазона скорости (градации) по формуле:

P (V₁=0 м/с )=100% ,

P( V_i)= P ( ) = 100 % – , (2.3)

где j=2,…, N^гр; N^гр – количество диапазонов (градаций); (м/с) – левая граница (минимальная скорость) j–го интервала; t( ) – повторяемость скорости ветра в j–ом интервале (градации), P(V_i)= P( )– вероятность того, что скорость ветра V_i, попадающая в j–ый диапазон ( V_i ) превысит минимальную скорость ветра из этого диапазона. Результаты расчета P(V) представлять в таблице 2.10 (см.рис.2.1)

Таблица 2.10

Интервалы скорости, м/с	0–1	2–3	4–5	6–7	8–9	10–11	12–13	14–15	16–17
t( ), %	10,7	28,4	30,7	18,9	8	2,5	0,6	0,1	0
, м/с	0	2	4	6	8	10	12	14	16
P ( ),%	100	89,3	60,9	30,2	11,3	3,3	0,8	0,2	0,1

Рис.2.1. P(V) на площадке МС-аналога

1. Постройте (представьте графически) розу ветра и сделайте вывод о преобладающем направлении ветра в исследуемой точке А

Роза ветров (повторяемость направлений ветра) показывает какую часть времени в течение наблюдаемого периода дуют ветры того или иного направления (определяется стороной ветра откуда дуют ветры). Роза ветров может задаваться в градусах ( от 0 до 360) или в румбах по восьми основным направлениям (С, Ю, З, В, С-В, Ю-В, Ю-З, С-З). Эта информация важна, когда рассматривается вопрос о расположении ВЭУ (особенно в горных условиях и вблизи зданий, т.е. когда возможно их затенение при некоторых направлениях ветра).

По заданным исходным данным представим графически годовую розу ветров (см. рис.2.2). Примем допущение, если по одному из направлений повторяемость больше 20%, то это направление принимаем как преобладающее.

Рис.2.2. Роза ветра в географической точки А с преобладающим направлениями Ю и С

2. Определите: среднеквадратичное отклонение скорости ветра и коэффициент вариации C_v.

Среднеквадратичное отклонение значений скорости ветра _v (м/с) определяется по повторяемости скорости ветра по формуле:

. (2.4)

Коэффициент вариации С_v (о.е.) характеризует интенсивность изменения скорости ветра относительно среднемноголетнего значения и определяется по формуле:

. (2.5)

Благоприятным условием для размещения ВЭУ являются небольшие значения коэффициента вариации скорости ветра С_v. За критерий благоприятствования можно принять С_v <0,5. Если же С_v < 0,3, то условия для размещения ВЭУ весьма благоприятны.

5) Определите среднемноголетнюю скорость ветра в точке А по данным МС-аналога

Определение среднемноголетней скорости ветра в точке А осуществляется по данным МС-аналога с помощью поправочного коэффициента на рельеф местности :

, (2.6)

где определяется по формуле:

, (2.7)

где K_МС и K_А – классы открытости МС-аналога и в точке А.

Класс открытости характеризует общую степень открытости или затененности местоположения (МС или точки А). Степень открытости местоположения для равнинной местности определяется по классификации В.Ю.Милевского (см. табл.2.11) в зависимости от заданного ландшафта местности.

Таблица 2.11

Классы открытости по классификации В.Ю.Милевского

Степень открытости флюгера	Форма рельефа
	выпуклая	плоская	вогнутая
Близ водных поверхностей
Открытое побережье океана или открытого (внешнего) моря закрытого (внутреннего) моря залива или большого озера большой реки.	12 11 10 9	11 10 9 8	10 9 8 7
Вдали от водных поверхностей
Ниже флюгера нет никаких элементов защищенности отдельные элементы защищенности среди элементов защищенности Выше флюгера среди элементов защищенности	8 7 6 4	7 6 5 4	6 5 4 4

Степень открытости МС-аналога в исходных данных указана по основным восьми румбам. Поскольку от румба к румбу класс открытости МС может изменяться в довольно широких пределах, то при расчете общего (осредненного) класса открытости учитывают повторяемость направлений ветра по основным восьми румбам . Общий класс открытости МС-аналога – K_МС рассчитывается:

, (2.8)

где , о.е. – класс открытости по i–ому румбу; , о.е. – повторяемость направления ветра i–ого румба.

6) На высоте 10 м в точке А оцените: валовую годовую удельную энергию ветрового потока , кВт.ч/м²; среднегодовую удельную валовую мощность ветрового потока , Вт/м²

Удельная мощность ветровой энергии N_уд (Вт/м²) – кинетическая энергия, переносимая ветром со средней скоростью (м/с) в единицу времени через единицу площади F=1 м², расположенную перпендикулярно скорости ветра и определяется:

N_уд = , (2.9)

где  (кг/м³) – плотность воздуха при заданной температуре воздуха t⁰ (^о, град С) и известном атмосферном давлении P (кПа или мм р.ст.), которое зависит от высотной отметки над уровнем моря, определяется по таблице 5 для заданного варианта.

Годовая удельная энергия ветрового потока Э_уд (кВтч) – энергия, протекающая за год (в году 8760 часов) через 1 м² поперечного сечения определяется по повторяемости скорости ветра ) по формуле:

, (2.10)

где Т=8760 – число часов в году.

Среднемноголетняя удельная мощность ветрового потока может быть определена по формуле:

. (2.11)

Среднемноголетняя удельная мощность ветрового потока наряду со среднемноголетней скоростью ветра служит исходной характеристикой общего уровня интенсивности ветра в точке А и по ней в первом приближении можно судить о перспективности использования ветровых ресурсов: <100 Вт/м²– не рекомендуется, >400 Вт/м² – хорошие условия.

В рассматриваемой точке А среднемноголетняя удельная мощность ветрового потока и валовая энергия определяется по данным МС-аналога с помощью :

(2.12)

(2.13)