Článek pojednává o procesu výběru umístění budoucí větrné elektrárny. V počáteční fázi se provádí studie větru a jeho parametrů ve vybrané oblasti. Používají se archivní satelitní nebo terestrická data jako METAR a MERRA. Sestaví se větrná růžice a určí se proveditelnost výstavby stanice. Podrobnější studie bude následovat. Je studován reliéf a modelován jeho vliv na vítr. Parametry proudění větru jsou v případě potřeby také objasňovány pomocí systémů jako LIDAR nebo SODAR. To umožňuje sestavit poměrně přesnou mapu větrného potenciálu oblasti a zvážit různé možnosti umístění větrné elektrárny.
Klíčová slova: obnovitelná energie, větrná energie, výstavba větrných elektráren, hodnocení větrného potenciálu, prostředky měření parametrů větru.
MDT 69.051. Číslo vědecké specializace: 05.14.08.
Výběr platformy pro výstavbu větrné elektrárny
Ilya N. Buzadzhi, postgraduální student, Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University)
Tento článek pojednává o procesu výběru umístění budoucí větrné elektrárny. V počáteční fázi studie větru a jeho parametrů ve vybrané oblasti. Využívají se archivní družice nebo dostupná data jako METAR a MERRA. Sestaví se větrná růžice a určí se proveditelnost výstavby stanice. Probíhá další, podrobnější výzkum. Je studován reliéf a modelován jeho vliv na vítr. Také parametry proudění větru jsou v případě potřeby specifikovány pomocí systémů jako LIDAR nebo SODAR. To vám umožní vytvořit poměrně přesnou mapu větrného potenciálu oblasti a zvážit různé možnosti umístění větrné elektrárny.
Klíčová slova: obnovitelná energie, větrná energie, výstavba větrných elektráren, hodnocení potenciálu větru, nástroje pro měření větru.
Článek pojednává o procesu výběru umístění budoucí větrné elektrárny. V počáteční fázi se provádí studie větru a jeho parametrů ve vybrané oblasti. Používají se archivní satelitní nebo terestrická data jako METAR a MERRA. Sestaví se větrná růžice a určí se proveditelnost výstavby stanice. Podrobnější studie bude následovat. Je studován reliéf a modelován jeho vliv na vítr. Parametry proudění větru jsou v případě potřeby také objasňovány pomocí systémů jako LIDAR nebo SODAR. To umožňuje sestavit poměrně přesnou mapu větrného potenciálu oblasti a zvážit různé možnosti umístění větrné elektrárny.
Využití obnovitelných zdrojů energie v Ruské federaci, včetně větrných elektráren (WPP), je stále rozšířenější. Přestože náklady na elektrickou energii vyrobenou v takových zařízeních jsou stále vysoké ve srovnání s „tradičními“ (uhlovodíkovými a jadernými) energetickými zařízeními, neměli bychom zapomínat, že náklady na provoz samotných větrných elektráren jsou zanedbatelně nízké.
Výkon větrné elektrárny, stejně jako náklady na vyrobenou elektrickou energii, v tomto případě závisí na rychlosti větru. Čím je vyšší, tím nižší jsou náklady na vyrobenou energii a tím vyšší je výkon zařízení (obr. 1).
Podle výzkumné organizace Bloomberg New Energy Finance (BNEF) [7] byly průměrné náklady na 1 MW větrné energie ve světě v roce 2018 jeden milion dolarů. Na Obr. Obrázek 2 ukazuje závislost nákladů na elektřinu na rychlosti větru pro instalaci Enercon E-103 EP2 s přihlédnutím k životnosti 20 let.
V důsledku toho je proces výběru místa pro výstavbu zařízení velmi důležitý pro účinnost větrné elektrárny (WPP).
Proces výběru místa pro stavbu větrné farmy
V předběžné fázi probíhá analýza oblasti, která zahrnuje realizaci prací [1]:
- sestavení databáze počasí;
- sestavování databáze modelů větrných turbín;
- Analýza topografických map;
- předběžná analýza potenciálu větrné energie.
Počátečními zdroji informací o rychlosti a směru větru mohou být dlouhodobá historická satelitní nebo pozemní data, jako jsou METAR a MERRA. Data METAR jsou letištní data o počasí dostupná ve výšce 10 m s rozlišením 30 minut a 50 hodiny. Data MERRA lze získat z úřadu pro globální modelování a asimilaci NASA. Tato data jsou k dispozici v nadmořské výšce 0,5 m v krocích po 2° zeměpisné šířky a 3/XNUMX° zeměpisné délky.
Údaje o rychlosti větru lze také nalézt na speciálních webových stránkách, jako je „Ruské počasí“ (meteo.infospace.ru) nebo „Rozvrh počasí“ (rp5.ru), kde jsou dlouhodobé archivy měření rychlosti větru v určitých oblastech. prezentovány s podrobnostmi až do několika měření za den. Na základě získaných dat je stanovena průměrná roční rychlost větru a větrná růžice v dané oblasti (obr. 3).
Větrná růžice slouží jako grafické znázornění statistik dlouhodobých měření. V této fázi se rozhoduje o proveditelnosti studie.
Výběr větrné elektrárny má také některé vlastnosti. Hlavní technické požadavky při výběru větrné turbíny jsou: schopnost dodat větrnou turbínu na místo instalace, schopnost přistavit jeřáb na místo instalace, jednotkový jmenovitý výkon větrné turbíny, přípustné teplotní rozsahy větru turbína [3], třída větrných turbín podle normy IEC 61400–1 [3].
Při výběru místa pro stavbu větrných turbín je nutné vzít v úvahu také terén, protože orografické prvky jako kopce, lesy, hory, strmé náspy, ale i moře a jezera ovlivňují místní větrné klima. Všimněte si, že vytvoření trojrozměrného modelu zemského povrchu ve vybrané oblasti pomůže přesněji reprodukovat mapu větrného potenciálu oblasti. Výchozími daty pro splnění tohoto úkolu může být radarový topografický průzkum většiny zemského povrchu Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), vyrobený NASA v roce 2000 [6].
Modelování reliéfu zahrnuje následující body [1]: výběr zdrojových dat, transformaci dat a vytvoření trojrozměrného modelu reliéfu.
Poté je pomocí počítačového modelování sestrojena mapa větrného potenciálu oblasti (obr. 4). Zahrnuje [1]: zadání počátečních podmínek, modelování proudění větru v hlavních směrech, předběžný výběr nejslibnějších zón, určení oblasti perspektivních míst.
Toto řešení vám umožňuje posoudit potenciál větru bez použití drahých fyzických modelů, čímž ušetříte mnoho finančních a pracovních zdrojů. Tento přístup má zároveň dostatečnou přesnost získaných dat [1].
K přesnějšímu měření rychlosti a směru větru lze využít moderní měřicí nástroje jako Light Identification Detection and Ranging (LIDAR) nebo Sonic Detection And Ranging (SODAR).
Termín LIDAR znamená „laser ranges“ nebo „laser detection and imaging range“, což znamená, že měření se provádějí pomocí světelných vln.
Princip fungování systému LIDAR je následující. Systém vysílá laserový paprsek do vzduchu, výsledné světlo je rozptylováno aerosoly (drobné prachové částice o průměru 0,1 až několik mikronů v atmosféře). Vlastnosti atmosféry jsou analyzovány na základě přijímaného signálu. Signály z pohybujících se objektů mají Dopplerův frekvenční posun úměrný jejich rychlosti, což umožňuje vypočítat rychlost aerosolů.
Díky tomu můžeme měřit rychlost a směr větru [4].
SODAR jsou systémy, které se používají k dálkovému měření struktury vertikální turbulence a profilů větru v nižších vrstvách atmosféry. Většina systémů SODAR funguje tak, že během krátkých časových úseků vysílá akustický pulzní signál a poté přijímá odražený signál.
Obecně je analyzována intenzita a také takzvaný „Dopplerův (frekvenční) posun“ odraženého signálu, aby se určila rychlost větru, jeho směr a charakteristiky atmosférické turbulence. Atmosférický profil jako funkci nadmořské výšky lze získat analýzou odraženého signálu, který zaznamenává přijímací zařízení po každém impulsu vyslaném vysílačem. Odražený signál, který bude zaznamenán v libovolné době zpoždění mezi vysíláním a příjmem (odezvou), umožňuje získat údaje o stavu atmosféry s rozložením ve výšce v závislosti na rychlosti šíření zvuku v různých prostředích [5 ].
Také přesnější údaje o charakteru větru v dané oblasti lze získat instalací komplexu pro měření větru. Větrný měřicí komplex (WMC) je soubor meteorologických přístrojů instalovaných v určitých výškách na meteorologickém stožáru.
Po obdržení všech potřebných dat je provedeno aktualizované posouzení potenciálu větrné energie území a výkonu budoucí větrné elektrárny.
