Методические указания проведение изыскательских работ по оценке ветроэнергетических ресурсов для обоснования схем размещения и проектирования ветроэнергетических установок рд 52. 04. 275-89 (стр. 6 из 26)
Черт. 4
5. СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ И ПРОВЕДЕНИЯ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ВЕТРОМ НА МЕСТЕ ПРЕДПОЛАГАЕМОЙ УСТАНОВКИ ВЕТРОАГРЕГАТА
5.1. Программа наблюдений на месте предполагаемой установки ВЭУ определяется рядом факторов, главными из которых являются физико-географические условия территории, тип и мощность ветротехники, специфика потребления энергии ветра и др. Учет этих факторов позволяет условно подразделить наблюдения для целей ветроэнергетики на три категории сложности.
5.2. К первой категории следует отнести наблюдения, осуществляемые по наиболее простой программе. Это кратковременные точечные наблюдения за скоростью и направлением ветра. В качестве приборов используются различного вида анемометры, например, ручные анемометры Фусса /6/. Измерения проводятся не реже четырех раз в сутки на высоте ветроколеса ВЭУ. Для этого анемометр поднимают на необходимую высоту с помощью специальной мачты или обычного шеста. Направление ветра фиксируется по ветровому вымпелу и компасу. Период наблюдений желательно приурочить к наиболее "ветреному" сезону года; длительность их - не менее 2-3 недель. Это позволит определить режимные характеристики ветра для выбранного сезона, но не года в целом, согласно разд.3. Для обеспечения такого цикла круглосуточных наблюдений достаточно двух наблюдателей. Подробнее с методикой измерения и обработки анемометрических данных можно ознакомиться в /6/.
При наблюдениях первой категории сложности удается зафиксировать особенности ветрового режима только на одном уровне и до высоты 8-10 м от земли.
5.3. Для обоснования размещения мощной ВЭУ, ветроколесо которой находится на высоте 50 м и выше, приходится дополнительно проводить шаропилотные и градиентные наблюдения. Такую программу можно отнести ко второй категории сложности.
Изучение режима ветра с помощью шаропилотов целесообразно проводить там, где с большой вероятностью можно ожидать существенного отклонения профиля ветра от "нормального". Это районы со сложным рельефом (межгорные долины, склоны, котловины и т.д.). Периодичность экспедиционных шаропилотных наблюдений обычно составляет два-три раза в сутки. Для их обеспечения необходимо иметь 30-35 стандартных аэрологических оболочек диаметром 10 см, аэрологический теодолит типа ШT, ATК, один баллон емкостью 40 л с водородом под давлением 150 атм (масса баллона 62 кг) и часы с секундомером. Непосредственно перед выпуском шара измеряют скорость и направление ветра на высоте 2 м с помощью ручного анемометра и ветрового вымпела или анеморумбометра. Для определения вертикального профиля ветра в нижнем 100-метровом слое в течение одного срока наблюдений достаточно сделать два-три отсчета горизонтальных и вертикальных углов по теодолиту через каждые 20-30 с после выпуска шара-пилота. Программа выполняется двумя-тремя наблюдателями. Особенности проведения и обработки шаропилотных наблюдений описаны в /7/.
5.4. Если исследуемая площадка расположена вдали от естественных и искусственных объектов, значительно искажающих режим ветра, то для восстановления профиля ветра целесообразно организовать не аэрологические, а градиентные наблюдения. Для их проведения на 2-метровой мачте устанавливаются два аспирационных психрометра (на высоте 0,5 и 2 м). В стандартные сроки наблюдений (четыре срока в сутки) с их помощью измеряется температура воздуха по сухому и смоченному термометрам. Одновременно на этих же высотах ручными анемометрами фиксируется скорость ветра. Полученные градиенты температуры и ветра используют для расчета вертикальных профилей метеовеличин /7, 8/. Обеспечение экспедиционных градиентных наблюдений, как и шаропилотных, требует двух-трех наблюдателей и соответствующего оборудования (анемометрическая мачта, два аспирационных психрометра, два ручных анемометра, ветровой вымпел, компас, часы с секундомером).
5.5. Для сравнительной характеристики ветровых условий местности, оценки деформации основного потока и формирования локальных ветров в зависимости от рельефа, наличия водоемов и растительности проводят анемометрическую съемку. При необходимости ее дополняют градиентными или шаропилотными наблюдениями. Указанный комплекс наблюдений относится к третьей категории сложности. Продолжительность экспедиционных работ второй и третьей категории определяется в конкретных условиях отдельно.
Для участка, подлежащего анемометрической съемке, следует иметь план в масштабе 1:2000 или 1:10000, в зависимости от пересеченности местности. На нем фиксируются все пункты анемометрической съемки. Одновременно выбирается контрольный пункт, данные наблюдений которого будут сопоставляться с данными пунктов съемки. Как правило, он приурочивается к метеорологической станции или к ровной открытой площадке, исключающей наличие ветров с суточной периодичностью. Время съемки устанавливается в зависимости от сложности задачи и типа местности. Длительность каждой серии наблюдений - около 1,5 ч. За это время удается провести несколько наблюдений при однородных погодных условиях. Измерения производятся ручными анемометрами и ветровым вымпелом на всех пунктах одновременно. Количество приборов определяется числом пунктов и высот. От этого же зависит и количество наблюдателей (по одному на каждый пункт). Аналогичные наблюдения синхронно проводятся на контрольном пункте. Рекомендации по организации и обработке анемометрической съемки даны в /6/.
5.6. Выбор проектировщиком того или иного вида (категорий) ветровых наблюдений зависит главным образом от особенностей эксплуатации ветроэнергетической техники. При этом следует руководствоваться тем, что
1) при установке автономных ВЭУ с диаметром ветроколеса до 10-15 м достаточно наблюдений первой категории сложности;
2) при установке мощных ВЭУ с диаметром ветроколеса 15-25 м необходимы наблюдения второй категории сложности;
3) при установке ВЭС требуется наиболее широкий комплекс наблюдений третьей категории сложности.
Программа экспедиционных работ составляется в каждом случае отдельно с учетом конкретного задания и специфики места размещения ВЭУ.
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕТРА ДО ВЫСОТЫ 50 м КОСВЕННЫМ МЕТОДОМ
6.1. Для того чтобы определить производительность ВЭУ и режим ее работы в том или ином районе, необходимо располагать соответствующей информацией о ветре. Желательно знать хотя бы две статистики распределения: среднюю скорость ветра (
) и коэффициент вариации ( 
). Рассчитать их не представляет труда для тех пунктов и на тех уровнях, где проводятся наблюдения за ветром. Однако ВЭУ размещаются, как правило, вдали от метеорологических и аэрологических станций. Поэтому возникает задача восстановления режима ветра в любой точке СССР (за исключением горных и других районов, где под влиянием местных условий происходит искажение фонового распределения ветра) и на той высоте, где располагается ветроколесо ВЭУ.6.2. Наиболее эффективным способом решения этой задачи в настоящее время является статистический. Его реализация может осуществляться по-разному, в зависимости от наличия той или иной исходной информации. Более точное решение будет в том случае, если в месте расположения ВЭУ проведена серия кратковременных наблюдений за ветром. После их "привязки" к опорной станции и расчета параметров распределения нетрудно восстановить вертикальный профиль среднего ветра, используя статистические зависимости в /9/ и степенной закон изменения скорости с высотой.
6.3. Однако в практике изыскательских работ, по-видимому, значительно чаще будут встречаться случаи, когда оценку ветроэнергоресурсов в районе предполагаемого размещения ВЭУ придется осуществлять без проведения специальных анемометрических съемок. Поэтому для проектировщика важно иметь конкретные методические рекомендации для таких случаев.
Выполненные с этой целью разработки и приведенные здесь результаты основаны на взаимосвязи средней скорости ветра и коэффициента вариации на различных уровнях 200-метрового слоя атмосферы. В качестве исходной информации использовались данные 146 станций Нового аэроклиматического справочника по климату СССР /10/. В результате анализа характера статистической связи параметров ветра всю территорию СССР удалось подразделить на шесть зон с различной степенью шероховатости подстилающей поверхности в соответствии с табл.5.
Таблица 5
Районирование территории СССР по типам местоположения ВЭУ
| Номер зоны | Характеристика подстилающей поверхности |
| 1 | Острова, побережья внешних морей в окружении равнинного рельефа |
| 2 | Острова, побережья внешних морей в окружении сложного рельефа. Предгорья, продуваемые ветром. Сфагновые болота, тундра |
| 3 | Районы лесостепей, степей, полупустынь на территории ЕЧС. Лесотундра, пустыни, открытые побережья внутренних морей, крупных озер СССР |
| 4 | Районы лесостепей, степей, полупустынь на АЧС. Закрытые (малопродуваемые) побережья внутренних морей СССР. Бухты внутренних и внешних морей СССР |
| 5 | Лесная зона в окружении равнинного рельефа (ЕСЧ, Западная Сибирь, внутренние районы Камчатки, Сахалина и др.). Поймы крупных рек, озер и лесной зоне со сложным рельефом (Восточная Сибирь, Дальний Восток и др.) |
| 6 | Лесная зона в окружении сложного рельефа (Зауралье, Восточная Сибирь, Дальний Восток и др.) |
Для восстановления параметров ветра на различных высотах предполагается пользоваться таблицами приложения 1, 2. Приложение 1 позволяет определять значения
для каждой ветровой зоны и значения cu(z) / cu(10) для всей территории СССР. Приложение 2 рекомендуется использовать в том случае, если проектировщик располагает исходной информацией о ветре не у земли, а на высоте 200 м.