Метеорологическое обоснование устойчивой работы ветрогенераторов на примере Исландии

In this work, based on the data of weather stations in Iceland, an analysis of synoptic situations was made and the reasons for a) long windless weather in the country b) strong storm winds were identified. It was found that reanalysis provides a very rough estimate of the situation in the region due to the rather large spatial resolution of the grid (0.7 degrees). Keywords: wind generator, alternative energy, Iceland, energy carrier, reanalysis.

Мы все хотя бы раз в жизни задавались вопросом « Что же произойдет, если все природные ресурсы, обеспечивающие выработку энергии исчерпаются?». Весь окружающий нас мир, так или иначе, существует за счёт невозобновляемых источников энергии. Но уже сейчас можно сказать, что человечество постепенно переходит к использованию иных носителей энергии. Так что же такое альтернативная энергетика? Кoгда говорят oб альтернативной энергетике, то обычно имеют в виду сооружения по прoизводству электрической энергии из возобновляемых источников, то есть солнечного света и ветра и т.д. Учёные всего мира возлагают большие надежды на эту относительно новую отрасль энергетики, потому как она имеет значительные преимущества по сравнению с традиционными источниками. Во-первых, альтернативная энергетика намного экологичнее, чем та, которую мы используем каждый день. Производство чистой энергии благодаря альтернативным источникам (энергия солнца, ветровая энергетика и т.д.) не сопровождается выбросом в атмосферу загрязняющих веществ, в отличие от традиционных методов получения энергии. Во – вторых, как правило, ветровые электростанции, как и солнечные установки, не занимают огромные территориальные площади, а так же вписываютcя в любoй ландшафт местности. Также одним из главнейших преимуществ использования альтернативных источников энергии является тот факт, что энергия солнца или, к примеру, ветра, неисчерпаема. Более того, для некоторых районов, удаленных от крупных центров, использование альтернативных источников питания - самый менее затратный и удобный вариант для решения энергетической проблемы.

Всё больше и больше развитых стран сегодня говорят о том, что альтернативные источники энергии - это перспективнейшая отрасль развития энергетики в целом. Лидером во внедрении альтернативной энергетики в повседневную жизнь является США. Около 25 % мирового производства альтернативной энергии приходится на эту страну. Также такие страны как Германия, Китай, Бразилия и Испания являются ведущими в использовании новых технологий по производству альтернативной энергии. [2] К сожалению, Россия не так сильно преуспела в разработке альтернативных ресурсов, но все же и в нашей стране есть интересные проекты, связанные с использованием возобновляемой энергетики. Для России вопрос о развитии такой энергетики стоит довольно остро, и стоит сказать, что потенциал альтернативной энергетики в России ещё далёк до раскрытия. Во - первых, благодаря разработкам в отрасли альтернативной энергетики, будет решен вопрос об обеспечении энергией труднодоступных населённых пунктов России. Более того, повысится и автономность таких регионов. Они будут гораздо менее зависимы от завоза ресурсов из других частей страны. Так или иначе, в России уже существуют станции, вырабатывающие энергию из альтернативных источников. Например, в заливе Баренцева моря расположена единственная в России экспериментальная приливная электростанция, и хотя мощность ее невелика, однако ее постройка послужила толчком для создания новых проектов приливных электростанций, мощность которых, по предварительным данным, будет в десятки раз больше. Также в России есть довольно много примеров использования ветровых и солнечных электростанций. Но, несомненно, больше других видов «иных» энергоресурсов развито использование гидроэлектростанций.

Несмотря на это, во всем мире сейчас особое внимание уделяется развитию ветровой энергетики, потому что преимущества ветроэнергетики очевидны. Ветер относится к возобновляемым источникам энергии, к тому же он распространен повсеместно, хоть и интенсивность его в зависимости от различных физико-географических и других особенностей различна, его не нужно «добывать». Россия, так же как и другие ведущие страны, проводит активные исследования в области ветроэнергетики. Для преобразования кинетической энергии ветра в механическую, а затем и в электрическую используют ветровые генераторы. По количеству вырабатываемой электроэнергии ветрогенераторы могут быть малыми (до 2 кВТ),средними и большими (от 5 кВТ и более). Также можно классифицировать ветровые турбины по направлению оси вращения. Бывают горизонтальные и вертикальные генераторы.

Для запуска ВЭУ требуется определенное минимальное значение вращающего момента лопастей, которое соответствует некоторому минимальному значению скорости ветра на уровне лопастей umin. При скорости ветра, превышающей максимально допустимое значение для ВЭУ, определяемое техническими требованиями, эксплуатация ВЭУ становится не безопасной. В этом случае требуется развернуть лопасти относительно своей продольной оси таким образом, чтобы обеспечить резкое снижение ветровой нагрузки.

Зависимость мощности ВЭУ от скорости ветра схематически показана на рис. 1 [1]

Рис. 1. Зависимость выходной мощности генератора ВЭУ Nе от скорости ветра u.

Nном - установленная мощность генератора

Основная задача моей работы состоит в том, чтобы, во-первых, написать программу, которая позволяла бы, учитывая потребность пользователя в энергии, выраженной в кВТ*ч, рассчитать параметры ветрогенератора (КИЕВ, высота ветрогенератора, радиус омываемой поверхности), которые смогли бы обеспечить пользователя достаточным количеством энергии. Во-вторых, На примере станции №1 «EGILSSTADIR» и станции №2«GRIMSSTADIR»в Исландии сравнить данные реанализа ERA-Interim и данные наблюдений на станции. В-третьих, провести анализ синоптической ситуации для долгой безветренной погоды и штормовыми ветрами на станциях.

Также на основе данных метеорологических станций в Исландии был произведен анализ синоптических ситуаций и выявлены причины а) долгой безветренной погода на территории страны б) сильных штормовых ветров.

На примере «EGILSSTADIR» и «GRIMSSTADIR» в Исландии я сравнила данные реанализа ERA-Interim и данные реальных наблюдений на метеостанции и сделала вывод о том, что реанализ дает очень приблизительную ветровую оценку обстановки данного региона из – за довольно большого пространственного разрешения сетки (0.7 градуса). Данные реанализа могут быть полезны только для глобальных исследований процессов, происходящих в атмосфере и океане. А для локальных исследований регионов лучше воспользоваться наблюдениями на метеостанции.