Технология

  Новото

  Услуги

  3 D анализи

  Ефективност

  Изборът

  Субсидии

  Преференции

  Вятърни паркове

  Главно меню

   Видео на новоизобретена вятърна турбина вижте тук.

Енергийна оценка на скоростта на вятъра за

използването му за производство на електроенергия

За доброто планиране на всеки ветроенергиен бизнес са необходими дългогодишни статистически измервания (ветромониторинг) на ветроданните, както за скоростта, така и за посоките на вятъра. В нашия ветроенергиен модел са включени такива данни от различни източници, които допълваме с допълнителна информация за релефа на избраните места и контролни замервания на различни величини за калибровка и настройка на компютърния модел на енергозначимите стойности на кинетичната енергия на вятъра, която може да се оползотворява от ветроагрегатите.

Общата тенденция, която се забелязва за територията на България, като цяло за последните 30 години, е фактът на увеличаване силата на ветровете и намаляване на количеството на валежите. Това е свързано с по-големите температурни диспропорции (които всъщност предизвикват движението на въздушните маси) по причина на глобалното затопляне и прогресивното обезлесяване у нас, което е особено видно в полупланинските и планинските зони, където силата на ветровете става по-голяма поради обезлесения ландшафт.

Кинетичната енергия на вятъра е пропорционална на плътността на въздуха, т.е. масата му за единица обем. С други думи колкото е "по-тежък" въздуха, толкова повече енергия се получава от турбината. При нормално атмосферно налягане и при температура от 15 градуса по Целзий, въздухът тежи около 1.225 килограма за кубичен метър. Плътността намалява бавно с нарастващата влажност, но се увеличава при ниски температури. Високо над морското равнище (в планините), атмосферното налягане е по-ниско, въздухът е по-разреден и по-лек. От това плътността на въздуха става по-ниска и като цяло намалява и плътността на ветровата мощност. Затова метеорологичните данни за скоростта на вятъра дават информация само за един от факторите, определящи енергийните му качества. Важен фактор е плътността на въздуха. Оценка на двата фактора не може да стане само по данни за ветроскоростта, колкото и точна и богата да е ветростатистиката. Необходимо е и измерване на плътността на вятърната мощност на място, което е показател за енергийната стойност на вятъра. От такива единични (дори и няколкократни измервания) не могат да се генерализират статистически характеристики. Но те са напълно достатъчни да се направят изводи за енергийните качествата на вятъра на база на диференциалните стойности, получени от измерванията на място, чиито характер е прогнозируем, 3D-моделируем и изчислим и за другите скорости на вятъра, характерни за замерваните места.

Метеорологичните данни за вятъра, които са стандартизирани бази данни у нас и в други държави, са събирани на основание едноразмерни измервания на скоростта на вятъра, която се характеризира с една посока и сила в едно измерение. Описаният начин на представяне на вятъра е напълно достатъчен, за да се анализира макродвижението на въздушни маси над дадена област, страна и континент за целите на метеорологичните прогнози. Поради въртенето на Земята (Кориолисовите сили) и охлаждането на атмосферата от екватора към полюсите, глобалните ветрови посоки между 30 и 60-тия паралел в Северното полукълбо, където е и нашата страна, се усилват в посока от северозапад към югоизток. Регионите около екватора на нулева географска ширина са нагрети от Слънцето повече отколкото останалите части на земното кълбо. Топлият въздух е по-високо от студения и се издига докато стигне средно 10 км. над морското равнище. След това се разпръсква към Северния и Южния полюс. Ако Земята не се въртеше (не действат Кориолисовите сили), топлият въздух щеше да стига на Северния полюс, да се охлажда и снишава и да се връща обратно към екватора. У нас, през зимните месеци, се наблюдава периодично нахлуване на студени въздушни потоци от север – североизток, но през останалата част от годината преобладава преносът на по-топли въздушни маси от Атлантическия океан на изток, породен главно от Кориолисовите сили.

Локалните посоки на вятъра винаги се различават от глобалните. Софтуерът, който ползваме, съдържа статистически бази ветроданни от измервания у нас, както и от измервания на Националната агенция по метереология на САЩ, направени за места и на наша територия. Тези данни са достатъчни, за да се установи макрохаректиристиката на въздушните потоци. Но те не са достатъчни за детайлно определяне на енергийният характер на вятъра и съответствието му с необходимите за ветроенергетиката характеристики, тоест за да може в крайна сметка да се получи пълната обемна картина на движението на въздуха в една изследвана точка. За целта е необходимо да се установят, анализират и въведат в модела скоростите на вятъра в трите основни равнини, откъдето се получават и типичните им съотношения за даденото място, т.е. да се направи обемен (наречен още 3D ветроанализ). Тези съотношения наричаме диференциални характеристики, което означава, че вземаме под внимание пропорциите между измерените абсолютни стойности, а не самите стойности. Именно пропорциите зависят съществено от релефните и ландшафтните локални особености. Те са база за моделиране на 3D движението на вятъра и при други абсолютни стойности на ветроскоростите. 3D данните за вятъра са синергичен резултат от макроданните за движенито на въздушните потоци и от промените, причинени от микрохарактеристиките на конкретните места, като топографски профил, ландшафт и т.н., които iснемаме на място с прецизна апаратура, ползваща спътникови данни за релефа, атмосферното налягане, влажността и други данни пряко влияещи върху ветроенергийните параметри на вятъра.

С други апарати, паралелно с измерването на ветроскоростите, се мери пряко и плътността на ветровата мощност, както и температурните разлики на терена и въздуха над него в момента на измерванията. Те служат за внасяне на необходимите корекции за вертикалното движение на въздуха, породено от степента на конвекцията му, както и за корекция на плътността на въздуха, в зависимост от температурата.

Друга особеност на метеорологичната ветрова статистика е, че всички данни се отнасят за ветровото движение в точки с височина 10 метра над терена. Известно е, че ландшафтът на терена и топографският профил на местността в непосредствена близост и на километри разстояния влияят (и то съществено) по различен начин на динамиката на въздушните потоци. Няма енергийно работещи турбини, чиито стълбове да са по-ниски от 25-30 метра. А на мега ватовите такива, височината е 60-70 метра и по-голяма. При тях горната граница на обмитаната площ от роторните им лопати е над 100 метра височина над терена.

Казаното дотук основателно ни води до необходимостта да се направят допълнителни измервания в потенциалните места за фундиране на ветротурбините, с което се постигат най-малко четири цели:

• Да се добие представа за обемната тримерна картина на движението на въздушните потоци в избрните места за фундиране на ветротурбините

• Да се получат данни за степента и характера на турбуленцията и термичната въздушна конвекция на местата

• Да се съпоставят измерените данни с изчислените по ветродинамичния модел, за да се настрои, калибрира и прецизира последния, за всяко конкретно измервано място, не само плътността на ветровата мощност, но и за разпределението й  във височина.

• Да се направи, макар и приблизително, начален избор на относително по-добрите ветроенергийни точки още в процеса на самото измерване.

В крайна сметка се достига до определяне на плътността на ветровата мощност, изчислявана във W / m2 , която е необходимата енергийна характеристика на вятъра.  А тази мощност е резултатна величина не само от хоризонталната ветроскорост, но се влияе и от другите характеристики на вятъра и въздуха. Този енергиен показател е универсален за ветроусловията. А каква част от тази енергия ще бъде превърната в електричество е главното, което интересува всеки инвеститор. А това изцяло зависи от харктерни показатели за ветротурбините и ветроагрегатите като цяло, чиито данни ние ползваме по доклади от немски технически одитори за реално замервани агрегати при многогодоишната им работата в полеви условия. Изборът на подходящите турбините е направен в следващата втора глава.

Средната скорост на вятъра не трябва да се приема като единствена величина в изчисленията, а като преобладаващата за даден ветроскоростен интервал. Принос за ветровата мощност носят и всичики други скорости, които са различни от преобладаващата, но са в същата ветроскоростна лента. Разбира се по-високите скорости от преобладаващата, допринасят много повече увеличаването на ветровата мощност. Плътността на ветровата мощност (W / m2) се формира, както от по-големите от преобладаващите скорости, така и от по-малките.

Мощността, с която работи всяка една турбина е е приблизително пропорционална на третата степен на скоростта. Затова двойни разлики в скоростта рефлектират (теоретично) осемкратно върху мощността. Синхронното замерване на ветроскоростите и на ветровата мощност, ни дава практическата диференциална връзка между тези параметри, която се използва за калибриране на ветровия компютърен модел, използван при прилагането е алгоритмите за избор на ветротурбини. Настройването на ветромодела става чрез динамично «наслагване» на статистическата база ветроданни върху конкретния макропрофил, който ползва цифрова карта в софтуера и от микропрофила на всяко място, измерен с GPS – уреда.

Горното кратко описание на подхода за оценката на енергийните характеристики на вятъра дава представа как на основание ветростатистика, включително и корелирана ветростатистика, измервания на място и специализиран софтуер се получава достоверна ветроенергийна картина, без да е необходимо да се правят многократни всесезонни ветроизмервания и без да е необходимо да се губят месеци и години за това. Ако през това време, работи дори и една неголяма турбина, то ще се получат много по-адекватни данни за ветроусловията и същевременно приходи от произведения от нея ток. Така се спестяват и немалките разходи за всесезонния ветромониторинг. Ако се прецени, че ветромониторингът е необходим на всяка цена, например за строителство на десетки турбини в даден район, то е добре пак да се направи предварителна ветроoценка по гореописания начин, най-малко, за да може по-точно да се определи мястото (местата), където ще бъде монтирана апаратурата за ветромониторинга.

Технология            Новото               Услуги           3 D ветроанализи

Ефективност         Изборът            Субсидии     Главно меню

02 8760 431, 02 8770 481, 0897 872 857,  Е-mail us