Климатологическая оценка ветроэнергетического потенциала на различных высотах ( на примере юго-востока европейской территории россии ) 25. 00. 30 Метеорология, климатология, агрометеорология

Глава 5. В основу оценки ветроэнергопотенциала региона, безусловно, должны быть положены особенности распределения ветровых характеристик по территории и во времени. От того, какова сила ветра, повторяемость и продолжительность энергоактивных скоростей, во многом будут определяться экономичность и эффективность ветроиспольэования. Поэтому разработка ветроэнергетического кадастра (ВЭК) и анализ его элементов является первоочередной задачей. Изучение особенностей пространственного и временного распределения характеристик ветра на европейской территории юго-востока России осуществлялось с привлечением данных справочников по климату СССР. Ниже излагаются результаты собственных исследований. На территории Ульяновской, Куйбышевской, Пензенской, Саратовской и Оренбургской областей на большинстве метеостанций класс открытости составляет 6-8 баллов, что соответствует отдельным элементам затененности ниже высоты флюгера, способных слабо деформировать ветровой поток. В Волгоградской области примерно по трети станций расположены как на выпуклых, так и вогнутых формах рельефа. Это может приводить к большей пестроте средних скоростей ветра и большей их изменчивости по территории, связанной с влиянием рельефа. Ряд метеостанций Астраханской области расположены на островах в устье Волги и Каспийском море (Укатный остров, Дамчик, Чистая Банка) – здесь класс открытости по всем направлениям горизонта или части из них повышается до 10, а это обусловливает усиленный ветровой режим под влиянием водоема. Вместе с тем достаточно большое число метеостанций Астраханской области и Калмыкии расположены на местности с классом открытости 6-8 баллов. Как показывают наши расчеты, величина поправочного коэффициента складывается не только из класса затененности, но и повторяемости ветров данного направления в конкретном местоположении. В ряде мест, несмотря на наличие в отдельных сторонах горизонта элементов затененности выше флюгера повторяемость этих направлений незначительна и коэффициент невелик. Анализ полученных коэффициентов на защищенность местоположений метеостанции показал, что для отдельных местоположений они оказались исключительно высоки – 1,3-1,6, в соответствии с чем, наблюденные средние скорости ветра необходимо значительно увеличивать. Поскольку таких метеостанций менее 10% от привлеченных к исследованию, для недопущения крайних погрешностей оценки ветроэнергетического потенциала и изучения его географического распределения, они со значениями поправочного коэффициента более 1,3 из анализа исключены. В качестве исходных данных использовались средние месячные и годовые скорости ветра почти по 200 метеостанциям рассматриваемого региона, содержащиеся в справочниках по климату. Они, в соответствии с принципами разработанной нами методики, были предварительно приведены к сравнимым условиям – ровной открытой местности и высоте ветроизмерительного прибора 10 м. Карты построены с применением геоинформационных систем, в пакет которых входит программа Mapinfo (версия 8.5) для создания электронной базы данных и их географической привязки, а также Vertical Mapper (версия 3.1) для проведения изолиний. Эти программы позволяют производить пространственную интерполяцию данных с высокой разрешающей способностью. В целом на рассматриваемой территории средние годовые скорости ветра на уровне 10 м изменяются от 3,1 (Михайловка Волгоградской области) до 5,8 м/с (Волгоград, Гумрак). Оба пункта находятся в одном и том же административном районе (Волгоградская область) в одинаковых условиях открытости горизонта – на выпуклой поверхности без элементов затененности выше флюгера. Следовательно, такая изменчивость средних скоростей ветра на сравнительно небольшой территории связана не только с ближайшим окружением, но и с высотой над уровнем моря, а также местной орографией, способной усиливать или ослаблять ветровой поток. На это обращал внимание и А.Д. Дробышев [1994], разрабатывая классификацию местных условий метеостанций для избавления от искажающего влияния неоднородности подстилающей поверхности на ветровой режим. Из рис. 8 следует, что на большей части рассматриваемой территории средние годовые скорости ветра составляют 4,5-5,0 м/с. Наиболее высокие скорости ветра (более 5 м/с) приурочены к относительно возвышенным территориям – Бугульминско-Белебеевская и Приволжская возвышенности, юго-восточная оконечность Среднерусской возвышенности, Волго-Уральское и Предуральское плато, Ергени. Пониженные средние годовые скорости ветра (менее 4,5 м/с) характерны для пониженных форм рельефа – Окско-Донская равнина, Низкое Заволжье, долина устья Волги и Калмыцкая степь. Надо иметь ввиду, что в границах всех Рис. 8. Средняя годовая скорость ветра (м/с) на уровне 10 м административных областей имеются возвышенные участки, поэтому имеются возможности выбрать на их территории места для размещения высокопроизводительных ВЭУ. Отметим, что весьма перспективным районом в ветроэнергетическом отношении на рассматриваемой территории оказываются Ергени (Калмыкия). Территорию юго-востока европейской части России по величине средней годовой скорости ветра можно рассматривать как перспективную для развития большой ветроэнергетики. Средние скорости ветра здесь оказываются почти в 1,5 раза выше, чем в Прикамье, где скорости ветра более 4 м/с отмечаются лишь на небольших пространствах северо-запада региона. Годовой ход ветра на всей рассматриваемой территории выражен довольно четко. Средние скорости особенно повышены в феврале-марте, а понижены в июне-августе. В целом холодное полугодие по сравнению с теплым более ветреное. Средняя скорость в этот период года на 20-25% больше. Амплитуда колебаний средних месячных скоростей ветра в годовом ходе существенно зависит от местных условий. Проведенный нами анализ пространственного распределения полного среднего куба скорости на высоте 10 м показывает, что он в основном следует за географическим изменением средней скорости ветра. На большей части рассматриваемой территории полный куб скорости ветра составляет 100-200 (м/с)3. Вместе с тем, почти на всей ЮВ ЕТР можно выбрать местоположения, где он повышается до 200-400 (м/с)3. Эти места обычно приурочены к плавно выпуклым возвышенным формам рельефа, там средние скорости ветра принимают повышенные значения. В пониженных местоположениях средний куб скорости ветра менее 100 (м/с)3. Практическое значение карт состоит в том, что они позволяют определить удельную мощность ВЭУ, расположенных на ровной открытой местности (плоские формы рельефа). Основным недостатком ветра как энергоисточника является его непостоянство во времени, что служит причиной кратковременных перебоев подачи ветровой энергии потребителю. От того, насколько длительны эти перебои, зависит эффективность ветроиспользования в той или иной сфере применения ВЭУ. Поэтому особое внимание уделено изучению режима вариаций ветра во времени. Поскольку при слабых скоростях ВЭУ не работает, целесообразно оценить длительность периодов с рабочими и нерабочими ветрами. На высоте 10 м суммарная средняя годовая длительность работы ВЭУ со скоростью трогания ветроколеса 3 м/с зависит от местоположения и, как показали наши расчеты, изменяется по территории от 57 до 80%. Результаты расчетов показывают, что суммарная длительность таких скоростей ветра составляет в районах: со средними значениями менее 4,5 м/с – 50-70%, со скоростями 4,5-5,5 м/с – превышает 70% времени года, а в наиболее ветреных местах приближается к 80 %. Таким образом, на большей части территории благоприятный для эксплуатации режим ветра на уровне 10 м длится более 9-10 месяцев в году. Вследствие сезонного характера изменения скорости ветра, значения диапазона рабочих скоростей ветра tр варьируют от зимы к лету, так что годовая амплитуда достигает около 100 часов. По нашим расчетам с высоты 90 м и выше вероятность ветров 3 м/с и более почти постоянна и составляет 90% на уровне 90 м и 94% на уровне 150 м. Различия по территории не превышают 1%. Это свидетельствует о том, что простои ВЭУ у которой начальная скорость трогания 3 м/с будут составлять всего 10% продожительности года или всего 36,5 дней в году, если ось ветроколеса расположена на высоте 90 м и более. На высоте 70 м суммарная продолжительность работы ВЭУ составляет 87% от времени года. Результаты проведенных нами расчетов временных характеристик показали, что в выбранном нами регионе основные особенности режима ветра в целом проявляются и в распределении средней длительности энергетических затиший и энергоактивных скоростей. Непрерывные периоды энергетических штилей, характеризующие время возможных простоев ВЭУ, изменяются по территории. Они составляют на равнине 7-9 ч и в наиболее «ветреных» районах территории – 4-6 ч. Глава 6. В настоящее время происходит переориентация стратегии использования ветровой энергии от маломощных ВЭУ на промышленные мегаваттные ВЭС. В странах с ограниченными традиционными энергетическими ресурсами (Дания, Германия и др.) больше внимания уделяется именно технологиям промышленного использования энергии ветра. Однако, на наш взгляд, недооценивать использование маломощных ВЭУ, несомненно, не следует, их рационально применять в качестве энергосберегающих автономных технологий. Стремление получить как можно большее количество энергии связано, прежде всего, с необходимостью увеличения ометаемой ветроколесом площади, а это неизбежно приводит к удлинению лопастей и поднятию оси ветроколеса на значительную высоту. С учетом этих тенденций появляется новая проблема, связанная с необходимостью разработки научных основ восстановления режима скоростей ветра на различных высотах, определяющих производительность ВЭС, их экономическую эффективность и принятия хозяйственных решений по их применению. Главной задачей, решаемой в настоящей главе, является оценка ВЭР всего нижнего 150-метрового слоя воздуха над европейской юго-восточной частью России с использованием сформулированной нами климато-информационной технологии. Отметим, эта технология позволяет осуществить климатологическое обеспечение использования как маломощных энергосберегающих ВЭУ, так и промышленно ориентированных мегаваттных ВЭС. Ранее А.Д. Дробышевым [1997] выполнена оценка ветроэнергетических ресурсов Прикамья (сопредельной на северо-востоке территории) на уровнях 30 и 100 м с использованием полного среднего куба скорости ветра. Поэтому в настоящем исследовании в качестве основной характеристики для оценки ВЭР рассматриваемой территории также принято распределение , что позволяет сравнить ветроэнергетические потенциалы этих территорий. Величина является полным средним кубом возможных скоростей ветра. Переход от среднего куба скорости к осуществляется умножением на . Если в качестве ρ принять его значение для стандартной атмосферы равное 1,226, то величина множителя составит 0,613. На правомерность такого подхода указывали еще Л.Е. Анапольская и Л.С Гандин [1978]. При этом величина произведенной ВЭУ всей энергии определится выражением: , где S – ометаемая ветроколесом площадь, Т – время. Рис. 9. Средний годовой полный куб скорости ветра (и/с)3 на уровне 70 м Отметим, что в отличие от [Борисенко, 2008], где также приводилось районирование страны по климатическим ветроэнергоресурсам на уровне 100 м, в настоящей диссертации такое районирование впервые дано для 8 уровней приземного слоя атмосферы ЮВ ЕТР. Практическое значение таких разработок очевидно, так как высота оси ветроколеса наиболее перспективных ВЭУ составляет не менее 50 м, а зачастую достигает 100-150 м. Для выявления особенностей распределения скорости ветра и его энергетических параметров по территории и высоте в соответствии с оригинальной методикой, разработанной нами в главе 4 в настоящем диссертационном исследовании были построены карты географического распределения полного среднего куба скорости ветра на разных уровнях 10, 30 50, 70, 90, 110, 130 и 150 м над землей (на рис.9 приведена карта-схема для высоты 70 м). Отметим, что карты такой малой дискретности являются прецедентными не только для рассматриваемого региона, но и России в целом. Они позволили вскрыть ряд внутрирегиональных особенностей пространственного распределения ветроэнергетических ресурсов, ранее неизвестных. Так оказалось, что фоновые карты ветроэнергетических ресурсов [Борисенко, 2008], построенные по ограниченному числу метеостанций для всей России, скрывают перспективные для ветроэнергетики участки внутри региона. Как показало настоящее исследование, внутрирегиональные значения могут быть в 2 раза выше и ниже фоновых. Построенные нами карты позволяют с необходимой точностью отразить характер мезомасштабной изменчивости для ограниченных участков территории. В связи с этим, на наш взгляд, необходима разработка карт географического распределения ветроэнергоресурсов по отдельным территориям именно с использованием максимально возможного числа метеостанций. Анализ карт географического распределения среднего куба скорости ветра позволил установить такую важную для применения ВЭУ особенность как то, что территории как с повышенными, так и пониженными его значениями пространственно сопряжены, т.е. располагаются над одними и теми же территориями на любом из рассматриваемых уровней. Вторая немаловажная особенность географического распределения показателей ветроэнергетического потенциала состоит в том, что наименьшие значения соответствуют пониженным территориям, особенно находящимся в так называемой ветровой тени возвышенностей. К ним можно отнести восточные части Окско-Донской и Среднерусской равнин, сюда попадают западные районы Татарстана, Пензенской, Саратовской и Волгоградской областей. Сравнительно пониженным ветроэнергетическим потенциалом обладает Низменное Заволжье, Калмыцкая степь и Уфимское плато (абсолютные высоты до 220 м), находящееся между Бугульминско-Белебевской возвышенностью (абсолютные высоты 220-400 м) и южным Уралом (абсолютные высоты 450-1200 м). Относительно повышенные значения приходятся на восточную оконечность Среднерусской и Приволжскую возвышенности, Заволжье Саратовской и Волгоградской областей. На рассматриваемой территории наибольшие значения полного куба скорости ветра на уровне 30 м превышают 800 (м/с)3, это более чем в 2 раза больше чем в Прикамье 400 (м/с)3 [Дробышев, 1997]. Наименьшие же значения здесь примерно такой же величины (400 (м/с)3), что и в Прикамье (около 300 (м/с)3). Это характеризует ЮВ ЕТР как весьма перспективную территорию для применения ветроэнергетики. Еще ярче это проявляется на уровне 100 м. На этой высоте даже наименьшие для территории (около 900 (м/с)3) оказываются существенно выше наибольших в Прикамье (800-850 (м/с)3). Выполняя фоновое районирование территории России по удельной мощности ветрового потока на высоте 100 м М.М. Борисенко и др. [2010] обратили внимание на перспективность для ветроэнергетики предгорий Северного Кавказа, включая прибрежную часть Каспия и междуречье Дона и Волги. В этом районе коэффициент использования установленной мощности, по данным расчетов этих авторов, составляет 0,40-0,45. Вместе с тем отметим, что средняя годовая удельная мощность ветрового потока на уровне 100 м по фоновому районированию России М.М. Борисенко и др. [2008] на рассматриваемой нами территории составляет 400-700 Вт/м2. По нашим же оценкам на этом уровне значение

Похожие:

	Учебно-методический комплекс дисциплины сд. Р. 3 Метеорология и климатология... Курс «Метеорология и климатология» входит в систему физико-географических дисциплин		Математическая модель кристаллизации переохлажденных капель водных... «Речевой этикет» разработана на основе авторской программы по русскому языку для общеобразовательных учреждений. 5-11 классы: (автор-составитель...
	Программа учебной дисциплины наименование дисциплины: «Климаты земного... Изучение дисциплины базируется на предварительном усвоении студентами материала основных метеорологических дисциплин: «Физическая...		Рабочая программа учебной дисциплины физика для подготовки бакалавров... Фгос впо по направлению подготовки 021600. 62 «Гидрометеорология», по профилю «Агрометеорология», утверждённого приказом Министерства...
	Рабочая программа по дисциплине с 7 Экономический потенциал Российской Федерации России; отраслевого строения экономического потенциала таможенной территории России; регионального строения экономического потенциала...		Mолдова неотъемлемая часть Европы, обладающая богатой и выразительной... На территории рм существуют многочисленные историко-археологические памятники (около 8 тысяч), культурно-историческое значение которых...
	Рабочая программа учебной дисциплины мелиорация для подготовки бакалавров... Программа составлена в соответствии с требованиями фгос впо по направлению подготовки 021600. 62 «Гидрометеорология», утверждённого...		Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное... «Оценка перспектив и экономического потенциала для развития гастрономического вида туризма на территории Подмосковья.»
	Программа учебной дисциплины наименование дисциплины: «Авиационная... Изучение дисциплины базируется на предварительном усвоении студентами материала основных метеорологических дисциплин: курсов «Физика»,...		Север Дальнего Востока и хребет Джугджур протянулись от Чукотского... России к постиндустриальному этапу развития, необходимых для развития профессиональных компетенций студентов
	Отчет о научно-исследовательской работе разработка плана стратегического... Цель научного исследования — комплексная оценка современного экономического и социального состояния территории и потенциала города...		Рабочая программа учебной дисциплины метеорология и климатология... Рабочая программа предназначена для преподавания дисциплины блока б. 14 студентам очной формы обучения
	«…» на тему: «Исследование системы коллективных средств размещения... Целью работы является исследование системы коллективных средств размещения на территории города Волгограда и оценка перспектив ее...		Демографические процессы на украине: реалии и перспективы (на примере харьковской области) Значение демографической составляющей в социально-экономическом развитии страны велико. Оценка демографического потенциала занимает...
	Гумилёв Л. Н. Древняя Русь и Великая степь Россия не рассматривается как фактор европейской политики, русская культура – как неотъемлемая часть культуры европейской, русский...		Лекция наука метеорология и климатология Программа предназначена для обучающихся 2 курса по профессии «Повар, кондитер» на базе одиннадцати классов, имеющих основные знания...