Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Оценка ветровых ресурсов - это процесс, с помощью которого разработчики ветровой энергии оценивают будущее производство энергии ветряной электростанцией . Точная оценка ветровых ресурсов имеет решающее значение для успешного развития ветряных электростанций.

История [ править ]

Современные оценки ветровых ресурсов проводились с момента создания первых ветряных электростанций в конце 1970-х годов. Используемые методы были впервые применены разработчиками и исследователями в Дании , где впервые появилась современная ветроэнергетика .

Карты ресурсов ветра [ править ]

Карта ветровых ресурсов Филиппин из Глобального ветрового атласа

Картирование потенциала ветроэнергетических ресурсов с высоким разрешением традиционно выполнялось на уровне страны правительством или исследовательскими агентствами, отчасти из-за сложности процесса и требуемых интенсивных вычислений. Однако в 2015 году Технический университет Дании в рамках министерства чистой энергии запустил Глобальный атлас ветров (версия 1.0) для предоставления в свободном доступе данных о потенциале ветровых ресурсов во всем мире. Глобальный атлас ветров был перезапущен в ноябре 2017 года (версия 2.0) в партнерстве со Всемирным банком , и теперь карты ветровых ресурсов доступны для всех стран с разрешением 250 м.

Другой аналогичный международный пример - Европейский ветровой атлас , который находится в процессе обновления в рамках проекта « Новый европейский ветровой атлас », финансируемого Европейским союзом .

Примеры карт страны ветровых ресурсов включают канадский Wind Atlas , в ветроресурсах Атлас Соединенных Штатов , а также ряд ветра карты , изданном Всемирный банк в рамках инициативы , начатой ESMAP в 2013 году сосредоточен на развивающихся странах. [1] Это было сделано после предыдущей инициативу Программы Организации Объединенных Наций по окружающей среде , в солнечной и ветровой энергетики Оценка ресурсов проекта (СВЕРА), который был запущен в 2002 году финансирование из Глобального экологического фонда . Однако эти страновые карты ветровых ресурсов были в значительной степени заменены Глобальным атласом ветров с точки зрения качества данных, методологии и разрешения выходных данных.

Вышеупомянутые глобальные и страновые карты, а также многие другие, также доступны через Глобальный атлас возобновляемой энергии [2], разработанный Международным агентством по возобновляемым источникам энергии (IRENA), который объединяет общедоступные данные ГИС о ветре и других возобновляемых источниках энергии. усилие.

Ветровую разведку можно начать с использования таких карт, но отсутствие точности и мелкой детализации делает их полезными только для предварительного выбора участков для сбора данных о скорости ветра. [3] С увеличением количества наземных измерений со специально установленных станций анемометров, а также эксплуатационных данных с введенных в эксплуатацию ветряных электростанций, точность карт ветровых ресурсов во многих странах со временем улучшилась, хотя охват в большинстве развивающихся стран по-прежнему неоднороден. . В дополнение к общедоступным источникам, перечисленным выше, карты доступны в качестве коммерческих продуктов через специализированные консультации, или пользователи программного обеспечения ГИС могут создавать свои собственные, используя общедоступные данные ГИС, такие как набор данных о ветре высокого разрешения Национальной лаборатории возобновляемой энергии США. [4]

Хотя точность улучшилась, маловероятно, что карты ветровых ресурсов, будь то общедоступные или коммерческие, устранят необходимость в измерениях на месте для проектов ветроэнергетики коммунального масштаба. [5] Однако картографирование может помочь ускорить процесс идентификации места, а наличие высококачественных наземных данных может сократить время, необходимое для сбора измерений на месте.

В дополнение к «статическим» атласам ветровых ресурсов, которые усредняют оценки скорости ветра и плотности мощности за несколько лет, такие инструменты, как Renewables.ninja, обеспечивают изменяющееся во времени моделирование скорости ветра и выходной мощности различных моделей ветряных турбин с почасовым разрешением. [6]

Измерения [ править ]

Чтобы оценить производство энергии ветряной электростанцией, разработчики должны сначала измерить ветер на месте. Устанавливаются метеорологические башни, оборудованные анемометрами , флюгерами , а иногда и датчиками температуры , давления и относительной влажности . Данные с этих башен должны регистрироваться в течение как минимум одного года для расчета годового репрезентативного распределения частоты скорости ветра.

Поскольку измерения на месте обычно доступны только в течение короткого периода времени, данные также собираются с близлежащих долгосрочных базовых станций (обычно в аэропортах). Эти данные используются для корректировки данных измерений на месте, чтобы средние скорости ветра были репрезентативными для долгосрочного периода, для которого измерения на месте недоступны. Версии этих карт можно просматривать и использовать с такими программными приложениями, как WindNavigator .

Расчеты [ править ]

Для точной оценки производства энергии в рамках предлагаемого проекта ветряной электростанции необходимы следующие расчеты:

  • Взаимосвязи между местными метеорологическими вышками:
    • Множественные метеорологические башни обычно устанавливаются на больших площадках ветряных электростанций. Для каждой башни будут периоды времени, когда данные отсутствуют, но были записаны в другой башне на месте. Для заполнения недостающих данных можно использовать линейную регрессию наименьших квадратов и другие, более специфичные для ветра методы регрессии. Эти корреляции более точны, если башни расположены рядом друг с другом (на расстоянии нескольких километров), датчики на разных башнях одного типа и установлены на одинаковой высоте над землей.
  • Взаимосвязь между долгосрочными метеорологическими станциями и местными метеорологическими вышками:
    • Поскольку ветер меняется из года в год, а производимая мощность зависит от куба скорости ветра, краткосрочные (<5 лет) измерения на месте могут привести к очень неточным оценкам энергии. Поэтому данные о скорости ветра от ближайших долгосрочных метеорологических станций (обычно расположенных в аэропортах) используются для корректировки данных на месте. Обычно используются линейные регрессии методом наименьших квадратов, хотя существует и несколько других методов.
  • Вертикальный сдвиг для экстраполяции измеренных скоростей ветра на высоту ступицы турбины:
    • Высота ступицы современных ветряных турбин обычно составляет 80 м или больше, но разработчики часто не хотят устанавливать башни выше 60 м из-за необходимости получения разрешения FAA в США и затрат. Профили вертикального сдвига по степенному и логарифмическому законам являются наиболее распространенными методами экстраполяции измеренной скорости ветра на высоту ступицы.
  • Моделирование ветрового потока для экстраполяции скорости ветра на площадке:
    • Скорость ветра может значительно варьироваться в зависимости от участка ветряной электростанции, если местность сложная (холмистая) или есть изменения неровности (высота растительности или зданий). Программное обеспечение для моделирования ветрового потока, основанное либо на традиционном линейном подходе WAsP, либо на новом подходе CFD , используется для расчета этих изменений скорости ветра.
  • Производство энергии с использованием кривой мощности производителя ветряных турбин:
    • После расчета долгосрочной скорости ветра на высоте ступицы кривая мощности производителя используется для расчета валового производства электроэнергии каждой турбиной ветряной электростанции.
  • Применение коэффициентов потерь энергии:
    • Чтобы рассчитать чистое производство энергии ветряной электростанцией, к валовому производству энергии применяются следующие коэффициенты потерь:
      • потеря следа ветровой турбины
      • наличие ветряных турбин
      • электрические потери
      • разрушение лезвия из-за льда / грязи / насекомых
      • отключение при высокой / низкой температуре
      • отключение при высокой скорости ветра
      • сокращения из-за проблем с сетью

Программные приложения [ править ]

Основная статья: Программное обеспечение для ветроэнергетики

Разработчики ветровой энергии используют различные типы программных приложений для оценки ветровых ресурсов.

Управление данными о ветре [ править ]

Программное обеспечение для управления данными о ветре помогает пользователю в сборе, хранении, извлечении, анализе и проверке данных о ветре. Обычно наборы данных о ветре собираются непосредственно из регистратора данных, расположенного на участке метеорологического мониторинга, и импортируются в базу данных. Когда набор данных находится в базе данных, его можно проанализировать и проверить с помощью инструментов, встроенных в систему, или его можно экспортировать для использования во внешнем программном обеспечении для анализа данных о ветре, программном обеспечении для моделирования ветровых потоков или программном обеспечении для моделирования ветряных электростанций.

Многие производители регистраторов данных предлагают программное обеспечение для управления данными о ветре, совместимое с их регистраторами. Эти программные пакеты обычно собирают, хранят и анализируют данные только от собственных регистраторов производителя.

Существуют стороннее программное обеспечение и службы для управления данными, которые могут принимать данные от самых разных регистраторов и предлагать более полные инструменты анализа и проверки данных.

Анализ данных о ветре [ править ]

Программное обеспечение для анализа данных о ветре помогает пользователю удалять ошибки измерения из наборов данных о ветре и выполнять специализированный статистический анализ.

Имитационное моделирование атмосферы [ править ]

Методы моделирования ветрового потока рассчитывают карты ветрового потока с очень высоким разрешением, часто с горизонтальным разрешением менее 100 м. При моделировании с высоким разрешением, чтобы избежать превышения доступных вычислительных ресурсов, типичные области модели, используемые этими мелкомасштабными моделями, имеют несколько километров в горизонтальном направлении и несколько сотен метров в вертикальном направлении. Модели с такой маленькой областью не способны уловить мезомасштабные атмосферные явления, которые часто определяют характер ветра. Чтобы преодолеть это ограничение , иногда используется вложенное моделирование . [7]

Моделирование ветрового потока [ править ]

Программное обеспечение для моделирования ветрового потока предназначено для прогнозирования важных характеристик ветрового ресурса в местах, где измерения недоступны. Наиболее часто используемым таким программным приложением является WAsP, созданное в Национальной лаборатории Рисё в Дании. WAsP использует модель потенциального потока, чтобы предсказать, как ветер обтекает местность на участке. Meteodyn WT и WindStation - аналогичные приложения, которые вместо этого используют вычисления вычислительной гидродинамики ( CFD ), которые потенциально более точны, особенно для сложных ландшафтов. [8]

Моделирование ветряных электростанций [ править ]

Программное обеспечение для моделирования ветряных электростанций предназначено для моделирования поведения предлагаемой или существующей ветряной электростанции, что наиболее важно для расчета выработки энергии. Обычно пользователь может вводить данные о ветре, высоту и контурные линии неровностей, характеристики ветряных турбин, фоновые карты и определять объекты, которые представляют ограничения окружающей среды. Эта информация затем используется для проектирования ветряной электростанции, которая максимизирует производство энергии, принимая во внимание ограничения и особенности строительства. Доступно несколько программных приложений для моделирования ветряных электростанций, включая ZephyCFD , Meteodyn WT , Openwind , Windfarmer , WindPRO , WindSim и WAsP .

Моделирование ветряных электростанций среднего масштаба [ править ]

В последние годы [ когда? ]Новое направление развития ветряных электростанций выросло из возросшей потребности в распределенной выработке электроэнергии из местных ветровых ресурсов. Этот тип ветровых проектов в основном осуществляется землевладельцами с высокими энергетическими потребностями, такими как фермеры и управляющие промышленными объектами. Особым требованием с точки зрения моделирования ветра является включение всех местных особенностей, таких как деревья, живые изгороди и здания, поскольку высота ступицы турбины колеблется от 10 до 50 метров. Подходы к моделированию ветра должны включать эти функции, но очень немногие из доступных коммерческих программ моделирования ветра предоставляют такую ​​возможность. По всему миру было создано несколько рабочих групп для изучения этого требования к моделированию, и компании, включая Digital Engineering Ltd (Великобритания), NREL (США),DTU Wind Energy (Дания) находится в авангарде разработок в этой области и рассматривает применение методов мезо-CFD моделирования ветра для этой цели.

Ссылки [ править ]

  1. ^ https://esmap.org/re_mapping
  2. ^ "Глобальная Галерея Атласа 3.0" .
  3. ^ Бейли, Брюс Х .; Макдональд, Скотт Л .; Бернадетт, Дэниел В .; Маркус, Майкл Дж .; Эльсхольц, Курт В. (апрель 1997 г.). «Справочник по оценке ветровых ресурсов» (PDF) . Субподряд № ТАТ-5-15283-01 . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии . Проверено 28 января 2009 .
  4. ^ http://www.nrel.gov/gis/data_wind.html
  5. ^ http://www.awea.org/faq/wwt_basics.html
  6. ^ Стаффелл, Иэн; Пфеннингер, Стефан (1 ноября 2016 г.). «Использование реанализа с поправкой на смещение для моделирования текущей и будущей выработки ветровой энергии» . Энергия . 114 : 1224–1239. DOI : 10.1016 / j.energy.2016.08.068 .
  7. ^ Al-Yahyai, Sultan (январь 2012). «Подход вложенного ансамбля ЧПП для оценки энергии ветра». Возобновляемая энергия . 37 (1): 150–160. DOI : 10.1016 / j.renene.2011.06.014 .
  8. ^ Перейра, R; Гедес, Рикардо; Сильва Сантос, Карлос (01.01.2010). «Сравнение оценок ветровых ресурсов WAsP и CFD для« обычного »пользователя» . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )