Методика на изчисленията.

Енергийният потенциал на дадено място се определя в резултат на системни измервания на скоростта и посоката на вятъра. Измервателната кампания трае минимум една година, за да се осигури представителност на данните. Използва се анемометър монтиран на мачта с височина 10 м. Регистрират се средните скорости за интервал от 10 минути. Тези данни се използват в изчислителни формули и програми за изчисляване на ветровия потенциал.

Плътност на мощността на вятъра.

За определяне на ветровия потенциал се дефинира понятието плътност на мощността на вятъра Pw. Плътността дава разполагаемата мощност на вятъра, пресичащ единица повърхност.

Дадено място се оценява по средногодишната плътност на мощността , :

 (1)

Където:

 е плътност на мощността , W/m2;

n е броят на измервания за годината;

ρ e плътността на въздуха, kg/m3 ( на морското равнище);

V e хоризонталната компонента на скоростта на вятъра, m/s.

За груби изчисления ρ се приема постоянно - това на морското равнище. Плътността на въздуха може да се преизчислява за всяко измерване по формулата :

,(2)

където:

Ро=101 325 Pa – нормално атмосферно налягане;

g=9.8 m/s2 е земното ускорение;

z – надморската височина в метри;

R=287 Jkg-1K-1специфична газова константа;

Т е температурата на въздуха по скалата на Келвин (градуси по Целзий + 273).

 

Закон за разпределение на скоростта във височина.

При стационарен вятър във височина хоризонталната компонента на скоростта нараства и зависи както от височината, така и от неравностите (грапавостта) на земята и тяхната природа (море, ниви, слабозастроени зони). Има различни модели за определяне на скоростния профил. За настоящето изследване е избран степенният закон :

(3)

където

 e скорост на вятъра на реперна височина ,

- степенен показател, характеризиращ грапавостта на терена ( =0,08-0,12 за равен терен (море, блата); =0,13-0,16 за умерено равен (ниви и пасища); =0,20-0,23 за неравен (дървета, слабо застроени зони) ).

 

Екстраполация на плътността на мощността на вятъра за височина 50 м.

Измерванията на скоростта на вятъра се извършват на реперна височина 10 м, което налага екстраполиране на данните за мощността за стандартна височина 50 м, на която се поставят повечето съвременни мощни ветрогенератори.

За плътността на вятъра на 50 метра може да се изведе следната зависимост :

 (4)

 

Класифициране на местата в зависимост от средногодишните скорост и плътност на мощността на вятъра на 10 м и на 50 м над земната повърхност.

В Таблица 1 е представена класификация на местата в зависимост от плътността на мощността според Battelle Wind Energy Resource Atlas .

 

 

Таблица 1

Клас според плътността

на мощността на вятъра

10 метра

50 метра

Плътност, W/m2

Скорост на вятъра, m/s

Плътност, W/m2

Скорост на вятъра, m/s

1

<100

<4.4

<200

<5.6

2

100-150

4.4-5.1

200-300

5.6-6.4

3

150-200

5.1-5.6

300-400

6.4-7.0

4

200-250

5.6-6.0

400-500

7.0-7.5

5

250-300

6.0-6.4

500-600

7.5-8.0

6

300-400

6.4-7.0

600-800

8.0-8.8

7

>400

>7.0

>800

>8.8

 

Вертикалната екстраполация е направена на базата на . Скоростта на вятъра е за стандартни условия на морското равнище. За поддържане на същата плътност на мощността на вятъра скоростта трябва да бъде увеличавана с 3% на всеки 1000 м. надморска височина, което следва от намаляването на плътността на въздуха.

Счита се, че места с клас 3 ( при 50 метра височина) или по-голям са подходящи за експлоатация. Място с клас 3 съответства на средногодишна скорост на вятъра по-голяма от 6,4 m/s (при 50 м височина). Местата с клас 4 и повече са особено подходящи за създаване на големи ветрови ферми.

За създаване на големи свързани към електропреносната мрежа ферми за производство на ел.енергия се изисква годишна средна скорост на вятъра над 5 m/s. При скорости от 3 до 4 m/s на височината на оста на турбината е подходящо единствено изграждане на самостоятелни (автономни) генератори за зареждане на акумулатори и механични приложения като изпомпване на вода.