1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (Ветроэнергетика. Под ред. Д. де Рензо, 1982u), страница 9

2.3. УЧЕТ ОБЩИХ ФАКТОРОВ М ((7а и(7(р % за Рис. 2.1. Уменьшение энергии ветра 1г' в зависимости от высоты пад: уровнем моря Ь, обусловленное изменением плотности атмосферы (отношение плотностей подсчитано при стандартной плотности на уровне моря ро=-1,225 яг/ма)! 7 — гнначные скалистые горные лерснгны; 7 — Айдахо-Фолс; 3 — Амарилло; (— Шайенн; й — Денлер; 6 — Грейт-Фолс; 7— додаоонгн; а' — Бисмарк.

2а Рис. 2.2. Изменение энергии ветра )г' и плотности атмосферы р в зависимости от температуры 1 (относительная плотность р/ра подсчитана по данным стандартной атмосферы СШЛ иа уровне моря: (=15 *С н Ро=-1,225 кг/ма). йг/(5,% -5 р/р ааа 7 ай 7, аа г,га -(а ааа га 1 ( ( 1 й а ах г,аа а а аа га (5 га га фа й,лы О 5 (а а га га за с;а н о У в п с ш ст 61 Для оценки наибольшей энергии ветра могут с успехом. использоваться данные таких источников, как климатологические. карты ]2.10] и статистические параметры ветра в верхних слоях при 85,0 кПа (высота около 1500 м) и 70,0 кПа (высота около 3000 м). В качестве источника для оценки энергии ветра в верхних слоях атмосферы над США могут быть использованы также данные !2-часовых наблюдений для' стандартных уровней (например, 85, 70, 50 кПа), собранные метеоцентром )ча(!опа! Ме1еого1оц!са! Сеп1сг, Зн!11ап().

Энергия ветра в верхних слоях атмосферы используется для оценки ветроэиергетического потенциала над гористыми местностями. Имеется много факторов, которые необходимо учитывать для получения характерных оценок энергии ветра и ее географического распределения. Один из важных факторов, который должен учитываться,— это надежность данных по скоростям ветра: насколько хорошо установлена выдержка анемометра, какова точ- ность измерений и каков метод регистрации данных? Для целей м/с, не имеет большого авиационной навигации ошибка, равная ! м/с, н б значения. Однако разница в оценке энергии вет а п и =4,4 —:5,6 м/с составляет 100 %. Таким образом, незначительные изменения в ско ост р н ветра вследствие неодинакового интервала.

осреднсния или разной точности прибора могут привести к значительным ошибкам в оценке энергии ветра. К основным фа . ф кторам, влияющим на точность оценки энергии. ветра, относятся изм менение плотности атмосферы в зависимости от высоты и температуры, высота измерения ветра над уровнем моря„характер подстилающей поверхности и местных возвышенностей, соответствие и меющихся данных по ветру, местоположение ветродвигателя, п ринятый закон изменения энергии ветра по высоте, число классов с . ветра цад го истыми корости ветра, методика оценки энергии ' р районами и прибрежными водами, методика( использования данны х измерений радиозондами н методы интер- 60 поляции н анализа, используемые для получения карт-схем ветро- энергетических ресурсов, Последний фактор при неправильном его использовании можсг привести к крупным искажениям в оценках географического рас- пределения энергии ветра. 1!екоторые из этих факторов, например такой, как интервалы осреднення прибора, точно не известны.

их нельзя учитывать при оценке энергии ветра, так как они могут быть источником ошибок. 11аиболее важные об(цие факторы рас- сматриваются ниже. Плотность атмосферы. Энергия ветра прямо пропорциональна плотности атмосферы, которая уменьшается в зависимости от высоты и температуры. Плотность па уровне моря по стандартной атмосфере США равна 1,225 кг/м', !1а рнс. 2.1 показана зави- ' симость между высотой, плотностью и процентным уменьц(ением энергии ветра. При использовании в расчетах для многих мест Великих равнин и высот на западе страны значений плотности на уровне моря энергия ветра может быть завышена (напрнмер, на 17 о/о в Шайенн, штат Вайоминг).

11а рнс. 2.2 показано влияние на энергию ветра изменений температуры по данным фирмы (.ос)0(ее() (2.2]. Они основаны на обработке данных семи станций, расположенных на значтпель- ном расстоянии одна от другой в пограничных зонах США, и по- казывают, что среднемесячная плотность атмосферы отличается: от стандартной плотности на высоте обычно менее чем на 5 й/о и редко — более чем на 10 %. Пренебрегая сезонными изменениями температуры, получаем,. что летом энергия ветра расчетами несколько завышается, а зимой занижается, Следовательно, среднегодовая энергия ветра занижается в тех районах, где более ветреные периоды приходятся на холодные месяцы. Высота расположения анемометра па станциях метеослужбы Гг(ч(8 ЗНаЧИтЕЛЬНО ИЗМЕНяЕтСя В ТЕЧЕНИЕ ГОда. ТИПОВая ВЫСОта датчика ветра иад поверхностью земли на различных станциях изменяется от 4 до 60 м.

Тем не менее высоту 1О м часто принимают в качестве стандартной высоты расположения анемометра. Многие анемометры расположены вблизи аэропортов или зданий. В городах и на проспектах анемометры располагают на зданиях для получения лучших условий для действия ветра. Однако сами здания представляют собой препятствия для ветрового потока < 1 ( < ь УВ )п (а-/1») У 1п (Ь /1 ) н о у в п ш у /у (ь /ь )а с ш С5 в месте, где помещен анемометр, зависящие от высоты расположения анемометра относительно крыши здания и формы здания. Таким образом, показания анемометра нельзя рассматривать независимо от потока воздуха для определения правильно оцениваемых характеристик.

На большинстве станций высота расположения анемометра и его местоположение изменяются за период времени, в течение которого обобщаются данные по скорости ветра или имеются частотные распределения. Значение энергии ветра резко изменяется при изменении высоты анемометра и в типичных случаях увеличивается на 30 — 60 ')О при изменении высоты от 10 до 20 м. Таким образом, помимо всех остальных факторов временные и пространственные изменения высоты расположения анемометра значительно затрудняют получение характерных оценок по обобщенным распределениям скорости ветра.

Начиная с конца 50-х и в течение 60-х годов К%5 повторно расположило анемометры примерно на высоте 6 м от поверхности земли. В 1965 г, такое размещение было выполнено на большин-стве станций. Изменение высоты расположения анемометра на большинстве станций метеослужбы !ч%5 в США включено в местные климатологические данные справочника «Еоса( С!!пза!о!оп!са) Па!а», опубликованные !чСС. В сообщении !2.11) приводятся значения высоты расположения анемометров для 478 станций, используемых лабораторией 5ап1!)а, и представлены таблицы энергии ветра для этих станций.

Однако высота расположения анемометра изменяется за период, наблюдений или же неизвестна для многих станций и поэтому принимается для этих станций равной 1О м. Если действительная высота больше 10 м (например, от 15 до 20 м), то такое допущение может привести к значительному превышению энергии ветра на уровне 10 м и, следовательно, для всех других уровней. Влияние микрорельефа местности. Менее 20 % площади США может рассматриваться как плоская территория с местным изме-нением высоты, не превышающим 30 м !2.12). Площади, по которым определяется местное изменение рельефа местности, образуют квадрат со стороной 9,6 км.

Таким образом, большинство равнинных территорий США могут быть классифицированы как изменяющиеся от слегка холмистых и вплоть до возвышенных местностей с местными изменениями высоты, большими чем 30 м. Очень незначительные перепады высоты могут вызвать значительные изменения в энергии ветра. В районах с умеренно холмистыми территориями (определяемымп как имеющие местные изменения высоты от 30 до 100 м) многие метеостанции, производящие измерения ветра, расположены в низменных местах.

'Такой рельеф местности не характерен для возвышенностей, наиболее подходящих для установки ветродвигателей. При средней скорости ветра от 3 до 7 м/с увеличение ее на 1 м/с может дать возрастание располагасмой энергии ветра от 50 до !00 % . а2 Иллюстрацией этого может быть г.

Рочестер, расположенный в холмистой местности на юго-востоке штате Миннесота, Рочестерская станция (ч%5, расположенная на гребне горы, возвышается на 100 м пад городом и находится ниже окружающих возвышенностей. Среднегодовая скорость ветра здесь 5,7 м/с, что на ! — 2 и/с больше, чем на других станциях И%8 в радиусе 250 км. Соответственно энергия ветра в Рочестере больше, чем на окружающих станциях, на 50 — 100%.

Таким образом, оказывается, что Рочестер — это единственная станция метеослужбы 1ч%$ в этом районе с энергией ветра, типичной для площадей, характерных для вероятных мест установки ветродвигателей. Поэтому при оценке соответствия станций вероятному месту 'размещения ВЭУ необходимо учитывать высоту расположения станции относительно окружающих возвышенностей на местности. Анализ основывается только на среднем для всех станций значении высоты, при котором площадь отражает влияние относительного возвышения для большинства станций.

В другом методе оценки энергии ветра по средней высоте рассматриваемой площади для районов с возвышенностями или холмистой местностью используются данные радиозондирования измерений на малых высотах и экстраполяция значений для характерных местных высот. Однако он ограничен, как это уже отмечалось ранее, вследствие использования для оценки энергии ветра данных радиозондирования. Вертикальная экстраполяция ветра. В околоземном пограничном слое имеется много факторов, влияющих на изменение скорости ветра в зависимости от высоты слоя относительно поверхности земли. К ним относятся шероховатость поверхности, устойчивость атмосферы и значение скорости ветра. Для экстраполяции изменения скорости ветра на различных высотах часто используют.

две зависимости. Одна из них — логарифмический профиль ско- рости где У2 и У~ — соответственно скорости ветра на высотах Ь, и й»;. !а — высота элементов шероховатости, Логарифмический профиль. соответствует условиям нейтральной устойчивости атмосферы и. большим скоростям ветра. Вторая зависимость — степенной закон для профиля скорости: где а — безразмерный показатель степени, значение которого зависит от скорости ветра, устойчивости атмосферы и шероховатости поверхности. Так как энергия ветра изменяется пропорционально кубу его скорости, то показатель степени для энергии ветра будет равен За. /Б Рис. 3 3.