1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (Ветроэнергетика. Под ред. Д. де Рензо, 1982u), страница 7

вблизи населенных центров, таких, как Нью-Йорк, Нью-Ингленд, Западный Техас, Денвср, Колорадо Спрингс, Лос-Анджелес и Сан-Франциско. Другие же районы обслуживаются крупными энергосистемами, такими, как ВоппеуВ1е Ротхег Адппп1з!та(1оп и Теппеэзее 'Ча11еу АП1Ьог1(у, Суммирование средних моп1ностей, возможных в пределах контура со скоростями 8 м/с, в зоне, окружающей Великую Равнину, показывает, что даже при занижении данных в части эффективности работы и правильности размещения ветродвигателей только энергия ветра, которая может быть использована в этой зоне, в несколько раз превышает энергетические потребности США в настоящее время.

Мощность ветрового потока Р, проходящего через поперечное сечение плошадью Р, равна произведению этой площади на ско- рость потока (т и кинетическую энергию единицы объема потока (или р (гз/2), т. е. Р = (Р(У) р)lз/2 = РЯУз/2 Мощность, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения потока, т.

е. удельная мощность ветра, поэтому равна Р/Р = р(гз/2 В результате удельная мощность ветра на уровне моря увеличивается от 54 Вт/мз при скорости ветра 4,5 м/с до 1,5 кВт/м' при скорости ветра 13,5 м/с и до 7 кВт/ми при 22,5 м/с. С увеличением высоты плотность воздуха уменьшается, так что удельная мощность ветра становится меньше (рис. 1.13). г П бе уо д/ уп б/ Мощность ветрового потока пропорциональна площади попеР~чного сечения, через которую он протекает, Например, на уровне моря поток со скоростью 9 м/с и площадью поперечного сечения 3 м' обладает мощностью около 4 кВт, при увеличении площади до 93000 мг она достигает 40 МВт (рис.

1.14). Ветер обычно часто зй йуоолбг а!(мг гоа) у и!с '(5 ооо гг гпо (ПП л'- (па лп ~ о г 0 П О М(ггплпыгаггумус (ОП о (о го зо п,м!с Рис. !.1Б. Изменение скорости порыва петри: 1 — ллаксима,чькос значение скорости ветра при порыве; 3 — средняя скорость; .)в максимальное изменение скорости при порыве; 4 — время падания скорости при порыва; 5 — время формирования порыва.

Рис. 1.17. Рвспределенпе среднегодовой скорости ветра для трех местностей: 1 — Гравдпас-Кноба (при высогс расположения флюгера 48 м); 7 — аэропорта Амарилло (при высоте 7 м)ь 3 — ПламБрука, штат Огайо (прн высоте 40 м). Рис. 1.20. Типовое распределение среднегодовой удельной энергии ветра (Тггл при различных скоростях 17: 1 — паибплса частая скорость ветра; 3— ):г =5,8 лл!с [суммарная 577 =)800 кВг .

члмз. гад)!. Рис. 1 21. Типовое рзспределение среднегодовой удельной энергии ветре (р д для местностей с малыми и большими срсднегодоиыми скоростями ветра Уг. ( в (пап 1.11.3. ВЫБОР УЧАСТКОВ ю (ао га га н о У в п ш Ма (ПОО Пэзр Пг!М з мапл с ш су 40 изменяется по направлению, и его скорость может быстро изменяться, характерно наличие больших порывов ветра (рис. 1.1б, 1 16). Его средняя скорость также обычно значительно изменяется по сезонам в течение года. В большинстве мест его амплитуда часто в 2 или 3 раза выше зимой, чем летом.

График, показывающий число часов в году, в течение которых ветер в данном месте достигает различной среднечасовой скорости, о гара гппп палл паап с, ч е,с называют кривой повторяемости скоростей ветра (рнс. 1.17)). Кривые, показывающие распределение среднегодовой мощности ветра, приходящейся на единицу площади, в зависимости от скорости ветра называют кривой распределения среднегодовой удельной мощности. Рис. 1,19.

Срзвненне действительной Рт,.„и расчетной Руа.р УДельной мошностей ветра, подсчитвнных по среднегодовой скорости ветра для различных местностей: 1 — рас1стиая зависимость для станиии Нью-Мексико; 3 — энергия астра, опрсдстсннзя по сго гргдисгодааой скорости 3 — Исрбэпк, 4 — Мсдфорд; 5 - Финике; 6 — !'иио; 7 — Тусси; 8 — Тампа; 5— Альбукерк; 18 Мндлсид; П вЂ” Колорадо-Спринг; 17 — Ла-Вега; 13 — Эль-Паса; 14 — дмаонлло; 15 — лаббон; 16- уэйКа, 17 — Грант)леазо, 18 — Капд-Бза. По оценкам Лаборатории Вап((!а, учитывающим кубическую зависимость между энергией ветра и его скоростью, а также порывистость ветра (рис, 1.18), который редко бывает установившимся, действительная энергия ветра, возможная в данном месте, может в 2 или 3 раза превышать энергию, подсчитанную по среднегодовой скорости ветра в этом месте Поэтому в зависимости от чувствительности ветродвигателя к этим изменениям скорости ветра ожидаемые его характеристики, определяемые по среднегодовой скорости ветра, могут быть заниженными (рис.

1.19). Распределение среднегодовой удельной энергии ветра равно аспределению среднегодовой удельной мощности, умноженной на число часов в течение года повторяемости соответствующей скорости (рис. 1.20). График распределения среднегодовой удельной энергии ветра при различных скоростях в данном месте показывает, что наибольшую дол!о энергии содержат скорости ветра, превышающие среднюю; их вклад в суммарную среднегодовую выработку энергии, подсчитанную для всех его скоростей, обычно мал для скорости ветра, превышающей в 3 раза его среднюю скорость (рнс.

1.21). К выбору места расположения ветродвигателя необходимо проявлять особое внимание в связи с влиянием касательных напряжений и поджатия горизонтального ветрового потока, проходящего над поверхностью земли, Эти напряжения возникают при малых скоростях ветра вблизи подстилающей поверхности, а не на высотах, где скорость свободного потока достаточно велика. Скорость невовмущенного ветрового потока на достаточно большой высоте, где исключено влияние поверхностного трения, как правило, значительно больше, чем у поверхности или на стандартной высоте рас~оложения анемометра, где обычно измеряется скорость ветра.

Практически принимают, что скорость ветра на высоте увеличивается в степени 1/7 по отношению к скорости у поверхности земли. Касательные напряжения ветрового потока и, следовательно, ~~зможная энергия ветра зависят от шероховатости поверхности зез(ли в данном месте, в том числе от сооружений, деревьев, ветродвигателей и других препятствий. В Швеции были проведены ис- ( ( ( н о у в п ц 1.12. ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЭУ !.12.1.

РАЗВИВАЕМАЯ МОЩНОСТЬ с ш сг бб пытания в аэродинамической трубе для определения минимально допустимого расстояния между ветроколесами ВЭУ, необходимого для предотвращения их взаимовлияния. Результаты показали, что расстояние должно быть равно 6 диаметрам ветроколеса, по другим данным оно должно составлять от 8 до 12 диаметров. Существенное влияние на работу ВЗУ о1(взывают поджатие и ускорение ветрового потока, проходящего над возвышенностями или в узких долинах. Часто оказывается возможным увеличить среднюю выработку ветродвигателя, если при установке его обращать внимание на увеличение средней скорости ветра в результате явлений, подобных указанным. Условия, желательные для места установки ВЭУ, следующие: большая среднегодовая скорость ветра; отсутствие высоких препятствий с подветренной стороны иа расстоянии, которое определяется высотой препятствия; плоская вершина; выравнивающая возвышенность (с отлогими склонами) на плоской равнине или островах озер или морей; открытые равнины или побережье; горное ущелье, образующее туннель.

1.11.4. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕТРА Климатический центр )ча1!опа! С1цпаВс Сеп1ег (!4СС) собирает данные измерений характеристик ветра на 600 метеостанциях США, по которым можно определить средние скорости и направления ветра, распределение среднемесячной и среднегодовой энергии и мощности ветрового потока. Однако ввиду особенностей характера местности обычно имеет смысл провести детальные исследования ветра до выбора места установки ветродвигателя. Типовые измерения характеристик ветра для предполагаемого места установки ветродвигателя большой мощности обычно проводят трехчашечным анемометром и датчиком направления ветра, установленным на высоте 9 м (для получения предварительных данных), и 30 м (для долговременных исследований). Регистрирующие системы записывают данные о среднегодовых скоростях и направлениях ветра на обычную или магнитную ленту.

Результирующими являются недельные и месячные характеристики повторяемости ветра. Мощность, развиваемая ветродвигателем обычного типа, Р = т))стет ]АР+ с(6, где )г,— скорость ветрового потока; Р,— площадь, ометаемая вет- роколесом; ЛР— изменение давления в единице объема воздуха, проходящего через ветродвигатель; ЛΠ— изменение кинетической энергии в том же объеме воздуха; т) — КПД ветродвигателя.

такой ВЭУ, не будет существенно увеличиваться с ростом мощ- ности, необходимой для получения коэффициента нагрузки, экви- валентного обычной энергосистеме, работающей на жидком топ- диве, или атомной электростанции, Глава 2 ОБОБЩЕННАЯ ОЦЕНКА ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ США' Обобщенная оценка ресурсов С111А содержится в [2.1], а распределение располагаемой полной энергии ветра по географическим зонам описано в [2.2], где определены на территории США области с высоким ветроэнергетическим потенциалом и описаны сезонные изменения энергии ветра.

Считается необходимым расширить и усовершенствовать оценки национальных запасов энергии ветра. В частности, анализ [2.2] неполностью учитывает некоторые важные факторы, например изменение плотности атмосферы с высотой и высоту измерения ветра над поверхностью земли, В качестве части отчета Яа(!опа! ЧЧ!и(! Епегпу М!зз!оп Апа!уз!з для комиссии ЕКОА даны новые оценки национальных ветроэнергетических ресурсов: оценки фирмы ].оск!тее(! — СаИогп1!а Сошрапу [2.23] и Оепега! Е!ес1г!с Согпрапу (ОЕ) [2.4].

В исследовании [2.4] рассматривались на основе суммарных данных по 135 метеостанциям распределения над континентальной частью США отношения среднегодовой вырабатываемой энергии ВЭУ к ее установленной мощности для двух типов ветродвигателей. Главной целью исследований лаборатории РасШс !4ог!)тшез1 ЕаЬога1ог!ез было обобщение оценок ветроэнергетических ресурсов, данных лаборатории Вапб!а [2,2], и фирм 1.ос!(!(ее(! и ОЕ, Они позволили дать последовательный анализ географического распределения полной энергии ветра над территорией США. Из табл. 2.1 видно, что в распределениях и оценках ветроэнергетических ресурсов имеют место известные несоответствия н расхождения, большинство из которых связано с выбором данных, принятыми допущениями и используемыми методами айализа. Все очевиднее становится факт, что выработка более совершенных критериев оценки энергии ветра необходима больше, чем ттбоснование целесообразности ее использования.