Анализ ветроэнергетического потенциала

 

Лабораторная  работа

«Анализ ветроэнергетического потенциала»

 

 

Цель работы Изучение методики определения ветроэнергетического потенциала местности. Получение навыков расчета энергетических параметров ветра.

 

В большинстве прикладных задач ветроэнергетики гораздо важнее знать не суммарное количество энергии, которое может выработать ветроустановка, например, за год, а ту мощность, которую она может обеспечивать постоянно. При сильном ветре, от 10 до 12 м/c, ветроустановки

вырабатывают достаточно электроэнергии, которую иногда даже приходится сбрасывать в систему или запасать. Трудности возникают в периоды длительного затишья или слабого ветра. Поэтому для ветроэнергетики является законом считать районы со средней скоростью ветра менее 5 м/с малопригодными для размещения ветроустановок, а со скоростью 8 м/с – очень хорошими. Но независимо от этого во всех случаях требуется тщательный выбор параметров ветроустановок применительно к местным метеоусловиям.

 

1. Описание методики измерений и расчетов

 

Для проведения анализа ветроэнеретического потенциала требуется предварительно проводить в течение года ежедневные 5-ти кратные измерения скорости ветра с равными промежутками времени: в 9 ч, 12 ч, 15 ч, 18 ч и в 21ч.

В данной лабораторной работе используется база данных метеоизмерений, полученная для системы оптимизации теплопотребления первого корпуса гимназии. Измерения проводятся ежедневно в течение одного года с интервалом 3 часа.

Порядок обработки результатов измерений следующий [6].

1. Результаты измерений скорости ветра u₁, м/c, объединяются в группы с интервалом Δu. Общее число измерений N = 2912.
2. Поскольку измерения скорости проводились на высоте h₁ = 2м, а для оценки энергетического потенциала нужна скорость ветра u, м/с, на высоте предполагаемой установки ветротурбин h, определение скорости ветра на высоте h выполняется с помощью известной аппроксимационной зависимости

u = u₁( h / h₁ )^1/5 (1)

 

где h принимается равной 100 м.

3. Определяется величина вероятностного распределения скорости

 

ветра 

 

 

Ф_u = N_ui / N, (2)

 

 

где N_ui – число измерений в i-ом скоростном интервале.

Строится зависимость Ф_u=f(u). Произведение Ф_uΔu может быть интерпретировано как часть времени года, в течение которого скорость ветра имеет значения, заключенные в интервале от u до u+Δu.

4. Среднее значение скорости ветра u_c, м/с, определяется соотношением

u_c = Σ u_i / N, (3)

где Σ u_i – сумма всех измеренных значений скорости.

 

 

 

 

 

5. Определяется вероятность Ф_u>u’ появления ветра со скоростью u, большей некоторой заданной скорости u’, для чего складываются вероятности всех скоростных интервалов, в которых u > u’.

Вероятность Ф_u>u’ может быть интерпретирована как часть времени года, в течение которого ветры дуют со скоростью, большей u’.

Строится зависимость Ф_u>u’ =f(u).

6. Мощность ветрового потока единичного сечения P_u, Вт определяется

P_u= ρu³ / 2 , (4)

где ρ – плотность воздуха, принимается равной 1,3 кг/м³.

Произведение P Ф_u представляет собой функцию распределения энергии ветра. Строится зависимость P Ф_u =f(u).

7. Строится зависимость P_u  = f(Ф_u>u’), позволяющая определить вероятность ожидания ветрового потока заданной мощности.

Все данные измерений и расчетов заносятся в таблицу и обрабатываются в EXCEL. В таблице 2.1 частично представлены результаты измерений и расчетов.

После выполнения обработки измерений и расчетов необходимо провести анализ полученных результатов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

 

Статистический анализ результатов измерений скорости ветра

 

u, м/c	N	Фu	Фu>u’	Pu, кВт/м2	Pu Фu
34,9	1
32,8	1
28,4	2
26,2	15
24,05	9
21,9	33
19,7	61
17,5	97
15,3	145
13,1	212
10,9	348
8,7	407
6,5	548
4,3	604
2,1	66
0	363
Всего	2912

 

 

2. Анализ полученных результатов

 

1. Пользуясь построенной зависимостью Ф_u=f(u), необходимо сравнить среднее значение скорости ветра с наиболее вероятным значением скорости ветра в данной местности, а также с расчетной скоростью, принимаемой для проектирования ВЭУ (и = 10 – 12 м/с).
2. Пользуясь построенной зависимостью P Ф_u =f(u), определить значение скорости при которой функция распределения энергии ветра имеет максимум и сравнить его с наиболее вероятным значением скорости ветра в данной местности.
3. Пользуясь построенной зависимостью P_u = f(Ф_u>u’), определить вероятность ожидания ветрового потока мощностью 0,5; 1 и 2 кВт.

4. По результатам проведенного анализа сделать выводы и составить

отчет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Какими параметрами характеризуется энергетическая ценность ветра?
2. Как определяется средняя скорость ветра в данной местности?
3. Как определяется энергия ветрового потока и как она соотносится со скоростью ветра?
4. Как определяется вероятность ветра с определенной скоростью в данной местности?
5. Как определяется мощность ветрового потока единичного сечения?
6. Что такое ветроэнергетический кадастр и для чего он составляется?
7. Как оределяется мощность ветроэнергетической установки?
8. Как определяется вероятность ожидания ветрового потока определенной мощности?