О зависимости скорости ветра от высоты с учетом рельефа местности



Скачать 83.61 Kb.
Дата09.11.2016
Размер83.61 Kb.
О ЗАВИСИМОСТИ СКОРОСТИ ВЕТРА ОТ ВЫСОТЫ

С УЧЕТОМ РЕЛЬЕФА МЕСТНОСТИ



Н.С. Голубенко, С.И. Довгалюк, А.М. Фельдман, В.Б. Худик

На этапе проектирования расчеты годовой выработки электроэнергии ветровых электрических установок (ВЭУ) невозможны без учета изменения скорости ветра с высотой [1]. Перерасчет скорости ветра Vо с высоты флюгера Ho на высоту оси ротора H1 осуществляется по известной зависимости (см., например, работу [2]:


H1


H0
V1 = V0( ) k . (1)

Проблема заключается в выборе значений показателя k. Значения k во многих работах принимается k=0,143 (см., например, работу [2]). В нормативных документах [3] рекомендуют k=0,2. В работе [4] для различных мест США представлены значения k=0,230,03. При измерениях на различных высотах в работе [5] значения k достигают 0,34. В отдельных работах для Украины используется k =0,167.

Рост единичной мощности ВЭУ и, как следствие, рост высоты оси ротора требуют определенной аккуратности в задании показателя k, т.к. использование тех или иных значений k может привести к значительной погрешности в определении среднегодовой выработки ВЭУ.

Так, для Vо=6,0 м/с на высоте ho=10 м при пересчете на высоту 50 м и использовании значений k=0,12 или k=0,167 в итоге получим значения выработки, отличающиеся на ~25%.

В работе [6] приведен классификатор шероховатости подстилающей поверхности (таблица 1 графы 1-4), в котором приведены классы шероховатости и данные по зависящим от них сохранности энергии ветра Eр и характерной высоте h.



В результате проведенных исследований авторы разработали эмпирические зависимости потерь энергии Е =1 - Eр от характерной высоты h (2), и степенного показателя k в выражении (1) от потерь энергии Е и от характерной высоты h (3):

E = 0,83 + 0,098ln(h), (2)



k = 0,5E = 0,415 + 0,049ln(h). (3)

В таблице 1 (графы 6, 7) приведены расчетные значения потерь энергии Е и показателя k с достаточно высокой сходимостью результатов.

Таблица 1 – Классы шероховатости поверхности




Класс шероховатости (n)

Характерная высота (h), м

Сохранность

энергии (Eр), %


Характеристика

ландшафта


Потери энергии (100 - Ер), % – пересчет данных графы 3

Потери

энергии (E) -

расчет по формуле (2)


Степенной показатель (k) -

расчет по формуле (3)




1

2

3

4

5

6

7

0

0,0002

100

Водная поверхность


0

0,0


0,0


0,5

0,0024

73

Полностью открытый ландшафт с мягкой поверхностью типа взлетно-посадочных полос в аэропортах, скошенной травой и т.п.

27

0,24



0,12



1,0

0,03

52

Открытые сельскохозяйственные земли с одиночными

зданиями


48

0,49


0,245


1,5

0,055

45

Сельскохозяйственные земли с отдельными зданиями и 8-ми метровыми оградами на расстоянии  1250 м

55

0,55


0,275


2,0

0,1

39

Сельскохозяйственные земли с отдельными зданиями и 8-ми метровыми оградами на расстоянии  500 м

61

0,60


0,30


2,5

0,2

31

Сельскохозяйственные земли с группами зданий и 8-ми метровыми оградами на расстоянии  250 м

69

0,67


0,335


3,0

0,4

24

Деревни, малые города, сельскохозяйственные земли с отдельными зданиями и высокими оградами, лесом и резко пересеченной местностью

76

0,74



0,37



3,5

0,8

18

Большие города с высокими зданиями


82

0,81


0,405


4,0

1,6

13

Очень большие города с высокими зданиями и небоскребами

87

0,88



0,44



В


Рисунок 1 – Зависимости потерь энергии (Е) и степенного

показателя (k) от характерной высоты (h)



E

k
выражениях (2, 3) выбор h осуществляется с использованием вербального (словесного) описания характера подстилающей поверхности (графа 4 таблицы 1), выбора значения h и по нему – соответствующих E и k.

Например, для окрестностей г.Щелкино (АР Крым) и г.Днепропетровска расчет скорости ветра на высоте 50 м приведен в таблице 2, в которой принято для ВЭС г.Щелкино k=0,12 а для г.Днепропетровска принят ряд значений k от 0,12 до 0,245.
Таблица 2

Место

Значение


Щелкино

Днепропетровск

Скорости на высоте 10 м (V0, м/с)

6,0

4,7

Показателя k

0,12

0,12

0,167


0,245


Скорости на высоте 50 м (V1, м/с)

7,3

5,7


6,2


7,0

Из таблицы 2 следует, что при выборе площадок для размещения мощных ВЭУ со значительной высотой оси ротора (50 м и более) результаты измерений скорости ветра на высоте оси флюгера (как правило, на высоте 10 м) не являются определяющими.

Об этом же говорит и опыт эксплуатации мощных ВЭУ в континентальной части Германии, где при относительно невысоких среднегодовых скоростях ветра ВЭУ с большей высотой опоры дают значительно более высокие результаты по выработке электроэнергии.

Разумеется, исследования зависимости параметров ветра от высоты необходимо продолжать и при дальнейших исследованиях необходимо будет определить более точные аналитические зависимости между степенным показателем и характеристиками местности.


Выводы

1. В статье предложена методика определения значений степенного показателя для зависимости скорости ветра на высоте оси ротора ветровой установки от скорости ветра на высоте оси флюгера с учетом степени шероховатости подстилающей поверхности.



2. При дальнейших исследованиях необходимо будет определить более точную аналитическую зависимость между степенным показателем и характеристиками местности.
Литература

  1. Тучинський Б.Г. Оцінка виробітку електроенергії вітроелектричної установки за даними спостережень метеостанції / Материалы IY Международной конференции „Нетрадиционная энергетика в XXI веке”. - Крым, 2003. – с.142-146.

  2. Васько П.Ф. Разрахунок показників технічної ефективності застосування вітроелектричних установок за результатами строкових вимірювань швидкості вітру / Технічна електродинаміка, №6, 2001. – с.45-49.

  3. Системи турбогенераторні вітряні. Частина 1. Вимоги безпеки / ДСТУ IEC 61400-1. – К.: Держспоживстандарт Украіни, 2003.

  4. Justus C.G., Mikhail A. Height Variations of Wind Speed and Wind Distributions Statistics, Geophy. Res. Letters, 3, 251-264, 1976.

  5. Newstein H. An Automated Meteorological Instrumentation and Observing System jn a 1000 ft TV Tower, Drexel Univ., Final Report, ESSA/SDO Contract Cwb. – 11038, 1976.

  6. Roghness Classes and Roughness Lengh Table / Internet site: www.windpower.dk. – 2004.







База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница