The Influence of Various Information Sources on the Wind Power Plant Technical and Economic Indicators Evaluation Results
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2022-3-53-62Keywords:
wind velocity, vertical wind profile, height, power function, wind power plant, mathematical model, technical and economic indicatorsAbstract
The reliability of evaluating the technical and economic indicators of a single wind power plant depends in the main on how reliable the input information on the wind resources at the wind turbine hub axis height is. The input data on wind resources can be obtained from various information sources (or databases). However, their data can differ significantly both in magnitude and the observation period, and can be given at different measurement heights, which are not always the same as that of the supposed wing turbine hub height. To recalculate the wind velocity for a particular height at the early design stages, various vertical wind profile (VWP) modeling dependences are used (for marine offshore areas, such recalculation is carried out in accordance with the recommendations given in IEC 61400-3).
The paper considers an example of a single wind power plant located in the White Sea water area with geographical coordinates 69.274N, 35.250E and operating in parallel with a united power system. In application to this example, the results from analyzing the influence of the information source (ERA5 and NASA databases) and the VWP model (four models developed by the authors and one recommended by IEC 61400-3) on the wind power performance characteristics (average wind velocity) and the technical and economic indicators of a single wind power plant (annual electricity output and LCOE) are presented. Empirical dependences of the wind power performance characteristics and the technical and economic indicators of a single wind power plant on the VWP evaluation accuracy are given.
References
1. Global Wind Report 2021 [Офиц. сайт] www.gwec.net/global-wind-report-2021 (дата обращения 13.09.2021).
2. Суммарная мощность ВЭС в России превысила 2 ГВт [Электрон. ресурс]. www.c-o-k.ru/market_news/summarnaya-moschnost-ves-v-rossii-prevysila-2-gvt (дата обращения 10.12.2021).
3. Wind Pro Meteo Data Export ver. 5 [Офиц. сайт] www.emd.dk/windpro/windpro-modules/energy-modules/meteo/ (дата обращения 02.10.2021).
4. The NASA Surface Meteorology and Solar Energy Data Set [Электрон. ресурс] www.power.larc.nasa.gov (дата обращения 02.09.2021).
5. Расписание Погоды [Офиц. сайт] www.rp5.ru (дата обращения 10.12.2021).
6. Ellis D.W., Keenan M.G. Development of Wind Shear Models and Determination of Wind Shear Hazards. Washington: Federal Aviation Administration, Systems Research & Development Service, 1978.
7. Justus C.G., Mikhail A. Height Variations of Wind Speed and Wind Distributions Statistics // Geophys. Research Lett. 1976. No. 3. Pp. 251—264.
8. Борисенко М.М. Вертикальные профили ветра и температуры в нижних слоях атмосферы. М.: Гидрометеоиздат, 1974.
9. 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.
10. Зубарев В.В., Минин В.А., Степанов И.Р. Использование энергии ветра в районах Севера: состояние, условия эффективности, перспективы. Л.: Наука, 1989.
11. Рыхлов А.Б. Закономерности изменения средней скорости ветра с высотой в приземном слое атмосферы на ЮВ ЕТР для решения задач ветроэнергетики // Ученые записки Российского гос. гидрометеорологического ун-та. 2011. № 20. С. 89—99.
12. Николаев В.Г., Ганага С.В., Кудряшов Ю.И. Национальный кадастр ветроэнергетических ресурсов России и методические основы их определения. М.: АТМОГРАФ, 2008.
13. Николаев В.Г. Ресурсное и технико-экономическое обоснование широкомасштабного развития ветроэнергетики в России. М.: АТМОГРАФ, 2011.
14. Иванова И.Ю. и др. Региональные аспекты ветроэнергетики. Новосибирск: CO РАН, 2020.
15. Атлас ресурсов возобновляемой энергии на территории России. М.: НИУ ВШЭ, 2015.
16. 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., 2012.
17. Васьков А.Г., Дерюгина Г.В., Малинин Н.К., Пугачев Р.В. Ветроэнергетика. М.: Изд-во НИУ МЭИ, 2016.
18. Дерюгина Г.В., Игнатьев Е.В., Кудрявцев А.Р. Разработка моделей вертикального профиля ветра для акваторий Белого и Баренцева морей // Новое в российской электроэнергетике. 2021. № 6. С. 16—29.
19. Сливканич М.А., Дюльдин М.В., Елистратов В.В., Использование данных баз реанализа для повышения достоверности оценки ветроэнергетических ресурсов // Возобновляемая энергетика XXI век: энергетическая и экономическая эффективность: Материалы Междунар. конгресса. М.: ОИВТ РАН ВШЭ, 2015. С. 304—310.
20. Дюльдин М.В., Елистратов В.В. Оценка ветроэнергетических ресурсов в условиях ограниченной природно-климатической информации // Труды Кубанского гос. аграрного ун-та. 2017. № 64. С. 227—233.
21. IEC 61400-3-1:2019 ed1.0. Wind energy generation systems. Pt. 3-1: Design Requirements for Fixed Offshore Wind Turbines.
22. Renewable Power Generation Costs in 2020 [Электрон ресурс] www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2021/Jun/IRENA_Power_Generation_Costs_2020.pdf (дата обращения 10.12.2021).
---
Для цитирования: Дерюгина Г.В., Игнатьев Е.В., Кудрявцев А.Р. Анализ влияния различных информационных источников на технико-экономические показатели ветроэлектрической установки // Вестник МЭИ. 2022. № 3. С. 53—62. DOI: 10.24160/1993-6982-2022-3-53-62.
#
1. Global Wind Report 2021 [Ofits. Sayt] www.gwec.net/global-wind-report-2021 (Data Obrashcheniya 13.09.2021).
2. Summarnaya Moshchnost' VES v Rossii Prevysila 2 GVt [Elektron. Resurs]. www.c-o-k.ru/market_news/summarnaya-moschnost-ves-v-rossii-prevysila-2-gvt (Data Obrashcheniya 10.12.2021). (in Russian).
3. Wind Pro Meteo Data Export ver. 5 [Ofits. Sayt] www.emd.dk/windpro/windpro-modules/energy-modules/meteo/ (Data Obrashcheniya 02.10.2021).
4. The NASA Surface Meteorology and Solar Energy Data Set [Elektron. Resurs] www.power.larc.nasa.gov (Data Obrashcheniya 02.09.2021).
5. Raspisanie Pogody [Ofits. Sayt] www.rp5.ru (Data Obrashcheniya 10.12.2021). (in Russian).
6. Ellis D.W., Keenan M.G. Development of Wind Shear Models and Determination of Wind Shear Hazards. Washington: Federal Aviation Administration, Systems Research & Development Service, 1978.
7. Justus C.G., Mikhail A. Height Variations of Wind Speed and Wind Distributions Statistics. Geophys. Research Lett. 1976;3:251—264.
8. Borisenko M.M. Vertikal'nye Profili Vetra i Temperatury v Nizhnikh Sloyakh Atmosfery. M.: Gidrometeoizdat, 1974. (in Russian).
9. 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).
10. 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).
11. Rykhlov A.B. Zakonomernosti Izmeneniya Sredney Skorosti Vetra s Vysotoy v Prizemnom Sloe Atmosfery na YUV ETR dlya Resheniya Zadach Vetroenergetiki. Uchenye Zapiski Rossiyskogo Gos. Gidrometeorologicheskogo Un-ta. 2011;20:89—99. (in Russian).
12. 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).
13. Nikolaev V.G. Resursnoe i Tekhniko-ekonomicheskoe Obosnovanie Shirokomasshtabnogo Razvitiya Vetroenergetiki v Rossii. M.: ATMOGRAF, 2011. (in Russian).
14. Ivanova I.Yu. i dr. Regional'nye Aspekty Vetroenergetiki. Novosibirsk: CO RAN, 2020. (in Russian).
15. Atlas Resursov Vozobnovlyaemoy Energii na Territorii Rossii. M.: NIU VSHE, 2015. (in Russian).
16. 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., 2012. (in Russian).
17. Vas'kov A.G., Deryugina G.V., Malinin N.K., Pugachev R.V. Vetroenergetika. M.: Izd-vo NIU MEI, 2016. (in Russian).
18. Deryugina G.V., Ignat'ev E.V., Kudryavtsev A.R. Razrabotka Modeley Vertikal'nogo Profilya Vetra dlya Akvatoriy Belogo i Barentseva Morey. Novoe v Rossiyskoy Elektroenergetike. 2021;6:16—29. (in Russian).
19. Slivkanich M.A., Dyul'din M.V., Elistratov V.V., Ispol'zovanie Dannykh Baz Reanaliza dlya Povysheniya Dostovernosti Otsenki Vetroenergeticheskikh Resursov. Vozobnovlyaemaya Energetika XXI Vek: Energeticheskaya i Ekonomicheskaya Effektivnost': Materialy Mezhdunar. Kongressa. M.: OIVT RAN VSHE, 2015:304—310. (in Russian).
20. Dyul'din M.V., Elistratov V.V. Otsenka Vetroenergeticheskikh Resursov v Usloviyakh Ogranichennoy Prirodno-klimaticheskoy Informatsii. Trudy Kubanskogo Gos. Agrarnogo Un-ta. 2017;64:227—233. (in Russian).
21. IEC 61400-3-1:2019 ed1.0. Wind energy generation systems. Pt. 3-1: Design Requirements for Fixed Offshore Wind Turbines.
22. Renewable Power Generation Costs in 2020 [Elektron Resurs] www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2021/Jun/IRENA_Power_Generation_Costs_2020.pdf (Data Obrashcheniya 10.12.2021).
---
For citation: Deryugina G.V., Ignatiev E.V., Kudryavtsev A.R. The Influence of Various Information Sources on the Wind Power Plant Technical and Economic Indicators Evaluation Results. Bulletin of MPEI. 2022;3:53—62. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2022-3-53-62.
