Синоптическое описание для метеорологического обоснования устойчивой работы ветрогенераторов на примере Исландии

В ходе данной научной работы была создана программа, которая позволяла бы, учитывая потребность пользователя в энергии, выраженной в кВТ*ч, рассчитать параметры ветрогенератора, которые смогли бы обеспечить пользователя достаточным количеством электроэнергии. Итак, пользователь самостоятельно задает следующие параметры:

• 1.    Широту и долготу выбираемой местности

• 2.    Необходимое количество энергии (выраженное в кВт*ч)

• 3.    Напряжение ветрогенератора (выраженное в Вольтах)

Данные, поступившие от пользователя, обрабатываются, и на выходе ему становятся доступными параметры ветрогенератора, при которых будет достигнуто это значение электроэнергии:

• 1.    Радиус омываемой поверхности ветрогенератора

• 2.    Высота, на которой необходимо установить ветровую турбину

• 3.    КИЕВ (коэффициент использования энергии ветра)

• 4.    Ёмкость аккумулятора (в А*ч)

Ёмкость аккумулятора играет огромную роль в устройстве ветрогенератора и оценке ветрового потенциала местности. Емкость аккумулятора показывает, сколько времени аккумулятор сможет питать подключенную к нему нагрузку в безветренную погоду. Обычно емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах, а для небольших аккумуляторов - в миллиампер-часах. Для того чтобы понять, аккумулятор какой ёмкости необходим пользователю, достаточно оценить количество дней без ветра в рассматриваемом регионе. Для примера, было решено рассмотреть 2 станции в Исландии: станция№1 «EGILSSTADIR» и станция №2 «GRIMSSTADIR» и произвести расчеты с характеристиками малого ветрогенератора (радиус R=3.2 м, высота h=12 м, КИЕВ k=0.4, количество энергии E=1400 кВт*ч, напряжение U=240 В). [2]

При оценке необходимой ёмкости аккумулятора , было оценено количество дней без ветра на метеостанциях №1 и № 2 в Исландии. Долгая безветренная погода совершенно не типична для такого заветренного региона, как Исландия. Чтобы объяснить причины таких аномалий, необходимо взглянуть на синоптические карты региона. Я выбрала для рассмотрения 2 различных синоптических ситуации.

На метеостанции №1 с 7 по 10 февраля в 2007 году на протяжении 4-х дней стояла практически безветренная погода. По синоптической карте видно, что над территорией Гренландии в это время находился центр антициклона, и часть его изолиний проходила над Исландией. Для антициклона характерна ясная или малооблачная погода со слабыми ветрами в центре. Горизонтальный градиент давления характеризовался низкими значениями и колебался от -0.8 гПа/100 км (6 февраля) до -3гПа/100 км (10

февраля)

(Рис.

Рис. 1 Синоптическая карта Европы за 08.02.2010

На метеостанции №2 с 21 по 25 сентября в 2013 году на протяжении 5 - ти дней стояла практически безветренная погода. По синоптической карте видно, что с высоких широт на территорию Исландии пришел циклон. Горизонтальный градиент давления характеризовался низкими значениями и колебался от -1.3 гПа/100 км (21 сентября) до -0.5гПа/100 км (25 сентября). В это время Исландия находилась в седловине барических систем. Седловиной называется промежуточная область с незамкнутыми изобарами между крест- накрест расположенными двумя циклонами и двумя антициклонами. В центральной части седловины обычно наблюдаются слабые ветры неустойчивого направления. Условия погоды определяются устойчивой воздушной массой в холодное время года. (Рис.2) [1]

Рис.2 Синоптическая карта Европы за 22.09.2013

Помимо безветренной погоды, на территории Исландии наблюдались и аномально сильные ветры. Мною также были рассмотрены дни со скоростью ветра выше нормы на метеостанциях №1 и №2.

На метеостанции №1 27 января в 2013 году наблюдалась скорость ветра 26 м/с. Рассмотрев синоптическую карту за это число, стало понятно, что со стороны Канадского архипелага в сторону Исландии надвигался мощный зимний циклон с очень густой сеткой изобар. Его горизонтальный барический градиент равнялся примерно -8 гПа/100 км. (Рис. 3)

Рис. 3 Синоптическая карта Европы за 27.01.2013

На метеостанции №2 30 января в 2007 году наблюдалась скорость ветра 27 м/с. Рассмотрев синоптическую карту за это число, стало понятно, что со стороны Канадского архипелага в сторону Исландии надвигался мощный зимний циклон с очень густой сеткой изобар. Он углубился прямо над Исландией и его горизонтальный барический градиент равнялся примерно -10 гПа/100 км. (Рис. 4)

Рис. 4 Синоптическая карта Европы за 30.01.2007