Модели вертикального профиля ветра по данным ветроизмерительных комплексов полуострова Камчатка

Галина [Galina] Владимировна [V.] Дерюгина [Deryugina]; Дмитрий [Dmitriy] Алексеевич [A.] Чернов [Chernov]; Михаил [Mikhail] Георгиевич [G.] Тягунов [Tyagunov]; Надежда [Nadezhda] Василевна [V.] Алиходжина [Alikhodzhina]

doi:10.24160/1993-6982-2019-1-35-42

Галина [Galina] Владимировна [V.] Дерюгина [Deryugina]
Дмитрий [Dmitriy] Алексеевич [A.] Чернов [Chernov]
Михаил [Mikhail] Георгиевич [G.] Тягунов [Tyagunov]
Надежда [Nadezhda] Василевна [V.] Алиходжина [Alikhodzhina]

DOI: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2019-1-35-42

Ключевые слова: скорость ветра, степенная функция, вертикальный профиль ветра, коэффициент Хеллмана, математическая модель, ветроэлектрическая установка

Аннотация

Описаны две модели вертикального профиля ветра (ВПВ), представляющие эмпирические зависимости средних значений показателя степени от средних значений скорости ветра на минимальной высоте измерений ветроизмерительных комплексов (ВИК).

Модели ВПВ разработаны в результате систематизации и обобщения рядов срочных наблюдений с десятиминутным осреднением скорости ветра на минимальной и максимальной высотах измерений четырех ВИК полуострова Камчатка. Эмпирические зависимости (модели ВПВ) применимы для моделирования средней скорости ветра на произвольную высоту до 100 м для разных интервалов осреднения исходных данных (месяц, 1 ч, 10 мин) на территориях, аналогичных по физико-географическим условиям (рельеф и шероховатость местности, тип водных поверхностей: река, внутреннее или внешнее море и т.д.) четырем площадкам ВИК Камчатки. Основную ценность для последующего применения представляет вторая модель, позволяющая моделировать на произвольную высоту среднюю скорость ветра за короткие интервалы времени (от 10 минут до нескольких часов), что актуально при проектировании ветроэлектрических установок (ВЭУ), предназначенных для работы в малых локальных энергосистемах (ЛЭС). При ее построении помимо физико-географических условий местности учитывали турбулентность ветра. Для этого были разработаны эмпирические и аппроксимирующие зависимости средней интенсивности турбулентности на минимальной высоте измерений четырех ВИК от средней скорости ветра по градациям (с шагом 1 м/с).

Описаны методики, критерии верификации и аппроксимации, принятые допущения, в соответствии с которыми разрабатывали модели ВПВ. В качестве величины достоверности аппроксимации эмпирических зависимостей взят коэффициент детерминированности R2. Верификацию разработанных моделей ВПВ проводили в соответствии с критерием: относительное отклонение сравниваемых средних значений скорости на максимальной высоте измерений ВИК, рассчитанных по фактическим рядам наблюдений на ВИК и по модельным, за рассматриваемый интервал не должно превышать допустимой погрешности измерения скорости на ВИК (0,1 м/с). Анализ влияния выбранной модели ВПВ на проектную выработку электроэнергии одиночной ВЭУ выполнен только для одной площадки ВЭУ, совпадающей с площадкой ВИК «Усть-Камчатск». Для других площадок ВИК исследования не проводились в связи с отсутствием эксплуатационных данных ВЭУ. Показано, что при выборе модели ВПВ важно учитывать интервал осреднения исходных данных.

Сведения об авторах

Галина [Galina] Владимировна [V.] Дерюгина [Deryugina]

старший преподаватель кафедры гидроэнергетики и возобновляемых источников энергии НИУ «МЭИ»

Дмитрий [Dmitriy] Алексеевич [A.] Чернов [Chernov]

аспирант кафедры гидроэнергетики и возобновляемых источников энергии НИУ «МЭИ»

Михаил [Mikhail] Георгиевич [G.] Тягунов [Tyagunov]

доктор технических наук, профессор кафедры гидроэнергетики и возобновляемых источников энергии НИУ «МЭИ»

Надежда [Nadezhda] Василевна [V.] Алиходжина [Alikhodzhina]

студент, инженер кафедры гидроэнергетики и возобновляемых источников энергии НИУ «МЭИ», e-mail: resckator@mail.ru

Литература

1. Васьков А.Г., Дерюгина Г.В., Малинин Н.К., Пугачев Р.В. Ветроэнергетика. М.: МЭИ, 2016.
2. Белокрылова Т.А. Об изменении скоростей ветра на территории СССР // Труды ВНИИГМИ-МЦД.1989. № 150. С. 38—47.
3. Зубарев В.В., Минин В.А., Степанов И.Р. Использование энергии ветра в районах Севера: состояние, условия эффективности, перспективы. Л.: Наука, 1989.
4. Бызова Н.Л., Шнайдман В.А., Бондаренко В.Н. Расчет вертикального профиля ветра в пограничном слое атмосферы по наземным данным // Метеорология и гидрология.1987. № 11. С. 75—83.
5. Николаев В.Г., Ганага С.В., Кудряшов Ю.И. Национальный кадастр ветроэнергетических ресурсов России и методические основы их определения. М.: Атмограф, 2008.
6. Васьков А.Г., Дерюгина Г.В., Тягунов М.Г., Чернов Д.А. Исследование моделей вертикального профиля ветра на территории Дальневосточного федерального округа // Альтернативная энергетика и экология. 2015. № 10—11. С. 63—74.
7. Васьков А.Г., Дерюгина Г.В., Чернов Д.А. Моделирование вертикального профиля ветра по данным аэрологических метеостанций России // Энергосбережение — теория и практика: Труды VI Междунар. школы-семинара молодых ученых и специалистов. М.: МЭИ, 2012.
8. Wind Energy Resource Atlas of the United States. Washington: Pacific Northwest Laboratory, 1987.
9. Wegley H.L., Ramsdell J.V., Orgill M.M., Drake R.L. Siting Handbook for Small Wind Energy Conversion Systems. Richland: Battelle Pacific Northwest Labs, 1980.
10. Ellis D.W., Keenan M.G. Development of Wind Shear Models and Determination of Wind Shear Hazards. Federal Aviation Administration, Systems Research & Development Service, 1978.
11. Свидетельство № 2012620870 о гос. регистрации базы данных. Специализированная база данных «Вертикальный профиль ветра» / А.Г. Васьков, Г.В. Дерюгина, М.Г. Тягунов, Д.А. Чернов. М.: МЭИ, 2012.
12. Justus C., Mikhail A. Height Variations of Wind Speed and Wind Distributions Statistics // Geophys. Res. Lett. 1976. No. 3. Pp. 251—264.
13. ГОСТ Р 54418.1—2012 (МЭК 61400-1:2005). Возобновляемая энергетика. Ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические. Ч. 1. Технические требования.
14. Борисенко М.М. Вертикальные профили ветра и температуры в нижних слоях атмосферы // Труды Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова. 1974. Вып. 320.
15. Борисенко М.М., Соколова С.Н., Корнюшин О.Г. Исследование климатических характеристик ветроэнергетических ресурсов // Гидрометеорология и метеорология: обзорная информация. 1987. № 4.
16. Новый аэроклиматический справочник пограничного слоя атмосферы над СССР. М.: Гидрометеоиздат, 1986. Т. 2.
17. Measuring Network of Wind Energy Institutes [Офиц. сайт] http://www.measnet.com (дата обращения 15.08.2018).
18. KWT300-Brochure English [Электрон. ресурс] http://www.komaihaltec.co.jp/english/renewable_energy/pdf/KWT300_Brochure10.pdf (дата обращения 15.08.2018).
19. KWT300-Brochure English (2) [Электрон. ресурс] http://www.komaihaltec.co.jp/english/renewable_ energy/pdf/KWT300_Brochure_2.pdf (дата обращения 15.08.2018).
---
Для цитирования: Дерюгина Г.В., Чернов Д.А., Тягунов М.Г., Алиходжина Н.В. Модели вертикального профиля ветра по данным ветроизмерительных комплексов полуострова Камчатка // Вестник МЭИ. 2019. № 1. С. 35—42. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-35-42.
#
1. Vas'kov A.G., Deryugina G.V., Malinin N.K., Pugachev R.V. Vetroenergetika. M.: MEI, 2016. (in Russian).
2. Belokrylova T.A. Ob Izmenenii Skorostey Vetra na Territorii SSSR. Trudy VNIIGMI-MTSD. 1989;150:38—47. (in Russian).
3. Zubarev V.V., Minin V.A., Stepanov I.R. Ispol'zovanie Energii Vetra v Rayonakh Severa: Sostoyanie, Usloviya Effektivnosti, Perspektivy. L.: Nauka, 1989. (in Russian).
4. Byzova N.L., Shnaydman V.A., Bondarenko V.N. Raschet Vertikal'nogo Profilya Vetra v Pogranichnom Sloe Atmosfery po Nazemnym Dannym. Meteorologiya i Gidrologiya. 1987;11:75—83. (in Russian).
5. Nikolaev V.G., Ganaga S.V., Kudryashov Yu.I. Natsional'nyy Kadastr Vetroenergeticheskikh Resursov Rossii i Metodicheskie Osnovy ikh Opredeleniya. M.: Atmograf, 2008. (in Russian).
6. Vas'kov A.G., Deryugina G.V., Tyagunov M.G., Chernov D.A. Issledovanie Modeley Vertikal'nogo Profilya Vetra na Territorii Dal'nevostochnogo Federal'nogo Okruga. Al'ternativnaya Energetika i Ekologiya. 2015;10—11:63—74. (in Russian).
7. Vas'kov A.G., Deryugina G.V., Chernov D.A. Modelirovanie Vertikal'nogo Profilya Vetra po Dannym Aerologicheskikh Meteostantsiy Rossii. Energosberezhenie — Teoriya i Praktika: Trudy VI Mezhdunar. Shkoly-seminara Molodykh Uchenykh i Spetsialistov. M.: MEI, 2012. (in Russian).
8. Wind Energy Resource Atlas of the United States. Washington: Pacific Northwest Laboratory, 1987.
9. Wegley H.L., Ramsdell J.V., Orgill M.M., Drake R.L. Siting Handbook for Small Wind Energy Conversion Systems. Richland: Battelle Pacific Northwest Labs, 1980.
10. Ellis D.W., Keenan M.G. Development of Wind Shear Models and Determination of Wind Shear Hazards. Federal Aviation Administration, Systems Research & Development Service, 1978.
11. Svidetel'stvo № 2012620870 o Gos. Registratsii Bazy Dannykh. Spetsializirovannaya Baza Dannykh «Verti- kal'nyy profil' vetra» / A.G. Vas'kov, G.V. Deryugina, M.G. Tyagunov, D.A. Chernov. M.: MEI, 2012. (in Russian).
12. Justus C., Mikhail A. Height Variations of Wind Speed and Wind Distributions Statistics. Geophys. Res. Lett. 1976;3:251—264.
13. GOST R 54418.1—2012 (MEK 61400-1:2005). Vozobnovlyaemaya Energetika. Vetroenergetika. Ustanovki Vetroenergeticheskie. Ch. 1. Tekhnicheskie Trebovaniya. (in Russian).
14. Borisenko M.M. Vertikal'nye Profili Vetra i Temperatury v Nizhnikh Sloyakh Atmosfery. Trudy Glavnoy Geofizicheskoy Observatorii im. A.I. Voeykova. 1974;320. (in Russian).
15. Borisenko M.M., Sokolova S.N., Kornyushin O.G. Issledovanie Klimaticheskikh Kharakteristik Vetroenergeticheskikh Resursov. Gidrometeorologiya i Meteorologiya: Obzornaya Informatsiya. 1987;4. (in Russian).
16. Novyy Aeroklimaticheskiy Spravochnik Pogranichnogo Sloya Atmosfery nad SSSR. M.: Gidrometeoizdat, 1986. T. 2. (in Russian). (in Russian).
17. Measuring Network of Wind Energy Institutes [Ofits. Sayt] http://www.measnet.com (Data Obrashcheniya 15.08.2018).
18. KWT300-Brochure English [Elektron. Resurs] http://www.komaihaltec.co.jp/english/renewable_energy/ pdf/KWT300_Brochure10.pdf (Data Obrashcheniya 15.08.2018).
19. KWT300-Brochure English (2) [Elektron. Resurs] http://www.komaihaltec.co.jp/english/renewable_energy/ pdf/KWT300_Brochure_2.pdf (Data Obrashcheniya 15.08.2018).
---
For citation: Deryugina G.V., Chernov D.A., Tyagunov M.G., Alikhodzhina N.V. Wind Shear Profile Models Derived from the Kamchatka Peninsula Meteorological Masts Data. MPEI Vestnik. 2019;1:35—42. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-35-42.ghg