ќценка ветроэнергетических ресурсов и разработка рекомендаций по выбору мест размещени€ ветроэнергетических установок на территории –еспублики Ѕеларусь

ќценка ветроэнергетических ресурсов и разработка рекомендаций по выбору мест размещени€  ветроэнергетических установок на территории –еспублики Ѕеларусь
ƒќ Ћјƒ на семинаре экспертов по возобновл€емым источникам энергии

21 феврал€ 2011 года

“–»‘ќЌќ¬ ј. √., д.т.н., заведующий лабораторией моделировани€  √Ќ” Ђќбъединенный институт энергетических и €дерных исследований Ц —осныї ЌјЌ Ѕеларуси

ћ»’јЋџ„≈¬ј Ё. ј., научный сотрудник √Ќ” Ђќбъединенный институт энергетических и €дерных исследований Ц —осныї ЌјЌ Ѕеларуси

 јћЋё  √еоргий √еоргиевич, заместитель начальника службы гидрометеорологического мониторинга и фондов данных √” Ђ–еспубликанский гидрометеорологический центрї

¬ведение

ƒефицит собственных ископаемых топливных ресурсов в Ѕеларуси, особенности экономических взаимоотношений с поставщиками топлива и энергии из других стран, а также  необходимость повышени€ энергетической безопасности –еспублики Ѕеларусь требуют изменени€ подходов к обеспечению республики топливно-энергетическими ресурсами (“Ё–). ¬етроэнергетика представл€ет экологически безопасный и в тоже врем€ эффективный, достаточно мощный и доступный источник энергии. —огласно мировому опыту, затраты на внедрение и использование ветроэнергетических установок (¬Ё”) и ветроэнергетических станций (¬Ё—) однозначно окупаютс€, особенно если учесть экономию за счет снижени€ выбросов загр€зн€ющих веществ в атмосферу.¬етрогенератор мощностью 1 ћ¬т сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн —ќ2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота. ѕо оценкам Global Wind Energy Council, к 2050 году мирова€ ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы —ќ2 на 1,5 млрд тонн.

ќсновное условие широкомасштабного использовани€ энергии ветра Ц наличие достаточно высокого энергетического потенциала. Ѕеларусь располагает значительными ресурсами энергии ветра. —реднегодова€ фонова€ скорость ветра на территории республики составл€ет 4,3 м/с. ѕри этом, примерно на четверти пригодной дл€ внедрени€ ветроэнергетических установок территории среднегодова€ скорость ветра превышает 5 м/с, что соответствует требовани€м мировой практики по показател€м коммерческой целесообразности внедрени€ ветротехники

¬ докладе актуализирована информаци€ о параметрах ветра с учетом тенденции снижени€ средней скорости ветра на территории –еспублики Ѕеларусь, приведен статистический, графический и картографический материал с учетом подготовки макета јтласа ветров –еспублики Ѕеларусь, а также изложены рекомендации по выбору мест дл€ размещени€ ¬Ё” и ¬Ё—.

ќценка ветроэнергетических ресурсов –еспублики Ѕеларусь

ƒл€ расчета ветровых параметров Ц направлени€ и средней скорости ветра, повтор€емости направлений ветра и др. Ц были использованы данные пунктов гидрометеорологических наблюдений, равномерно расположенных по территории республики, что позвол€ет сделать подробный анализ пространственного распределени€ скорости ветра по градаци€м. ѕриземные метеорологические наблюдени€ производ€тс€ в установленные сроки измерений с периодичностью 3 часа (8 раз в сутки).

¬ целом по республике наибольшую продолжительность в часах за год  (3500-4100 час/год) имеет ветер со скоростью 4-8 м/с. –асчет потенциальных ветроэнергоресурсов показал, что наиболее перспективными районами дл€ развити€ ветроэнергетики €вл€ютс€ северо-восточные и центральные районы, где среднемес€чные районы превышают 5 м/с.

¬ зависимости от высоты места над уровнем мор€ и имеющейс€ информации о средней многолетней скорости ветра по данным государственной сети гидрометеорологических наблюдений ƒепартамента по гидрометеорологии, вс€ территори€ –еспублики Ѕеларуси  разделена на 5 регионов, высота которых измен€етс€ от 100 до 350 м (табл. 1).

“аблица 1. –егионы на территории –еспублики Ѕеларусь по силе ветра по данным государственной сети гидрометеорологических наблюдений ƒепартамента по гидрометеорологии.

 

ѕоказатели

 

’арактеристики регионов

I

II

III

IV

V

 

¬ысота над уровнем мор€, м

100-150

150-200

200-250

250-300

300-350

¬сего

ѕлощадь региона, км2

91471

99421

13907

2283

208

207560

ѕлощадь дл€ размещени€ ¬Ё”, км2

18348

19884

2781

457

42

41512

—реднегодова€ фонова€  скорость ветра, м/с на высоте 10 м

2,9-3,2

3,3-3,4

3,5-3,6

3,7-3,9

4,0-4,2

 

—реднегодова€   расчетна€ скорость ветра, м/с на высоте 100 м

5,2-5,6

5,7-6,0

6,1-6,3

6,4-6,7

6,8-7,0

 

 

»сследование динамики  ветрового режима за последние годы, в т.ч. с учетом изменени€ (потеплени€) климата, показало, что в начале 70-х годов ’’ столети€ произошло существенное уменьшение скорости ветра (рис. 2), которое сохран€етс€ и углубл€етс€ до насто€щего времени. —ейчас нет никаких надежных прогнозов того, как долго продержитс€ такой скоростной режим. ’от€ исследовани€ данных последних лет (2008-2009 гг.) показывают, что тенденци€ к падению средней скорости ветра стабилизировалась на одной отметке. ѕри общей картине уменьшени€ скорости ветра наличие и величина этого уменьшени€ различны. Ёто в большей степени св€зано с тесной зависимостью регистрируемых скоростей от открытости ветроизмерительных приборов.

Ѕыла предприн€та попытка св€зать снижение средней скорости ветра с изменением (потеплением) климата (рис. 1, 2), однако на представленных диаграммах пр€мой св€зи не обнаружено:

во-первых, снижение средней скорости началось раньше (примерно с 70-х годов прошлого столети€), а потепление климата берет свое начало с конца 80-х годов прошлого столети€;

во-вторых, отдельным пикам потеплени€, действительно, соответствуют периоды наибольшего ослаблени€ ветра (начало 80-х, конец 90-х и начало 2000-х годов), однако имеют место периоды с совершенно противоположной картиной: начало 70-х, конец 80-х годов.

Ќа рис. 3 представлен ход средней годовой скорости ветра в целом по республике.

2_.jpg

–ис. 1.   ќтклонение средней годовой скорости ветра от климатической нормы (3,4 м/с) за период 1946-2009 гг. по Ѕеларуси.

3_.jpg

–ис. 2. ќтклонение средней по Ѕеларуси годовой температуры воздуха от климатической нормы  за период 1947-2009 гг.

 

  4_.jpg

–ис. 3. ’од средней годовой скорости ветра в целом по –еспублике Ѕеларусь.

 

Ќа территории –еспублики Ѕеларусь функционируют 3 пункта аэрологических наблюдений, на которых наблюдени€ за основными метеорологическими параметрами, в т.ч. за параметрами ветра, провод€тс€ с помощью радиозондировани€ атмосферы. Ќаибольший интерес из этих наблюдений дл€ целей развити€ ветроэнергетики представл€ет слой до 200 м. ¬ поселке  олодищи (телецентр) функционирует высотный комплекс в виде комплектов метеорологических измерительных приборов (в т.ч. приборов дл€ измерени€ параметров ветра), установленных на уровн€х телевизионной мачты на высотах 10, 25, 43, 113 и 145 м.

ѕо обобщенным данным аэрологических наблюдений на высотном комплексе  олодищи построен ход средней скорости ветра по высотам в районе аэрологической станции (рис. 4), а также на основании этих наблюдений рассчитаны коэффициенты дл€ пересчета средней скорости ветра дл€ любой точки над поверхностью земли до высоты 200 м. Ёти коэффициенты были использованы дл€ расчетов средних скоростей ветра до высоты 200 м по остальным пунктам наблюдений, а также  построены карты распределени€ средних скоростей ветра на высоте 10 (фонова€ приземна€ скорость) и 100 м (рис. 5-8).

5_.jpg

–ис. 4. ’од средней скорости ветра (м/с) по данным высотного комплекса  олодищи до 200 м, год.

6_.jpg

–ис. 5. –аспределение средней скорости ветра у поверхности земли (зима).

7_.jpg

–ис. 6.  –аспределение скорости ветра у поверхности земли,  год.

8_.jpg

–ис. 7. –аспределение скорости ветра на высоте 100 метров от поверхности  земли, зима.

9_.jpg

–ис. 8. –аспределение скорости ветра на высоте 100 м от  поверхности  земли,  год.

 

ѕовтор€емость ветра по направлени€м и скорост€м €вл€етс€ наиболее полной характеристикой ветрового режима.–азличают 8 основных направлений или румб горизонта: —, —¬, ¬, ё¬, ё, ё«, 3, —«, а также 8 промежуточных румбов между ними Ц ——¬, ¬—¬, ¬ё¬, ёё¬, ёё«, «ё«, «—«, ——«. —ведени€ о направлении ветра необходимы дл€ определени€ преобладающих направлений ветра, при котором дуют самые частые и сильные ветры, это позволит вы€вить наиболее перспективные ветровые площадки под  ¬Ё”. ƒл€ территории Ѕеларуси характерны ветры с западной составл€ющей, что необходимо учитывать при использовании ¬Ё”.

¬ зимний период преобладающими €вл€ютс€ ветры западного, юго-западного и южного направлений. Ќаименьшую повтор€емость имеют ветры северного и северо-восточного направлени€. ѕримерно така€ же ситуаци€ наблюдаетс€ и осенью. ¬ летний период Ц с июн€ по август Ц преобладают ветры северо-западного и западного направлени€. —равнительно редки в летние мес€цы ветры восточной четверти горизонта. ѕовтор€емость северо-западного и западного ветра составл€ет примерно 40%, а повтор€емость северо-восточного и юго-восточного направлени€ в сумме составл€ет 20-25%. ¬ сумме ветры с западной составл€ющей (—«+«+ё«) отмечаютс€ в течение почти 50% теплого времени года. —равнительно мала повтор€емость восточных румбов. ¬ переходные периоды, особенно весной Ц в апреле и мае, Ц ветры всех направлений почти равноверо€тны, однако, более выражены ветры ё¬ направлени€. ¬ течение года наибольшую повтор€емость имеют ветры западного и юго-западного направлени€. —ледовательно, ветры этих направлений имеют большую энергетическую ценность. ¬етровые площадки необходимо располагать на наветренных юго-западных склонах и вершинах возвышенностей, а также в долинах рек, ориентированных с востока на запад.

–екомендации по выбору мест размещени€  ветроэнергетических установок на территории –еспублики Ѕеларусь

÷елесообразность практического использовани€ энергии ветра в значительной степени определ€етс€ экономической конкурентоспособностью современных ¬Ё” с альтернативными энергоисточниками.

ѕредпосылки строительства ¬Ё” и ¬Ё— определ€ютс€, исход€ из существующих нормативов и оценки энергоэффективности территорий, путемэкспертизы ветровых условий, включа€ натурные измерени€ в точке предполагаемого возведени€  ¬Ё” и ¬Ё—, с последующим коррел€ционным анализом статистических данных о ветровых режимах в зоне эксплуатации ветротехники, а также экономических показателей на основании опыта эксплуатации  ветроэнергетических установок и ветроэлектрических станций в различных климатических зонах с учетом местных условий и экологической обстановки. Ёти услови€ исход€т из опыта мировых поставщиков ветроэнергетических установок и эксплуатации ветроэнергетического оборудовани€ на территори€х сопредельных государств в схожих с услови€ми  Ѕеларуси услови€х.

ѕринципиально важно при создании ветроэнергетической отрасли стран ориентироватьс€ на строительство ветроэлектрических станций. Ёкономическа€ выгода очевидна: это обща€ дл€ всех ветроустановок трансформаторна€ подстанци€, единые система управлени€, контрол€, технического обслуживани€ и ремонта. Ќа территории будущих ¬Ё— предварительно рассчитываетс€ средн€€ годова€ скорость ветра в местах размещени€ ¬Ё”, котора€, на р€ду с техническими характеристиками ¬Ё”, €вл€етс€ важнейшим фактором, вли€ющим на экономическую целесообразность строительства ¬Ё—. ƒл€ обеспечени€  общественных электросетей предпочтительно освоение ¬Ё” высокой мощности от 1 до 2,5 ћ¬т и выше, сгруппированных в ветроэлектрические станции.

ѕри размещении ¬Ё” должно быть обеспечено выполнение требований в области охраны окружающей среды с учетом ближайших и отдаленных экологических, экономических, демографических и иных последствий эксплуатации ¬Ё” и соблюдением приоритета сохранени€ благопри€тной окружающей среды, биологического разнообрази€, рационального использовани€ и воспроизводства природных ресурсов.

ѕри выборе мест дл€ сооружени€ ¬Ё” на территории ¬Ё— необходимо учитывать следующие критерии:

  • площадка под ¬Ё” должна быть расположена на выпуклой безлесой местности, свободно обдуваемой ветром;
  • средн€€ годова€ скорость ветра должна быть не менее 5 м/с на высоте 10 м  от поверхности земли и 6 м/с на уровне ветроколеса;
  • рассто€ние от площадки под ¬Ё” до экранирующих объектов (строений, леса и т.д.), которые превышают площадку, должно быть не менее 20-ти кратной высоты превышени€;
  • максимальна€ удаленность площадок под ¬Ё” от существующей сети линий электропередачи должна быть не более 1,5 км, от дорог не ближе 50 м, от жилых строений не ближе 200 м;
  • предельна€ величина допустимой акустической нагрузки от ветроагрегатов не должна превышать дл€ жилых районов 50 дЅ днем и 35 дЅ ночью.

ќценка среднегодовой выработки энергии W ветроэнергетической установкой: проводитс€ по следующему соотношению:16_.jpg, где SЦ ометаема€ ветроколесом площадь (м2); S=πD2/4; ξЦ коэффициент использовани€ энергии ветра, ξ=0,36; ηэм Ц электромеханический  ѕƒ ¬Ё”, ηэм = 0,9; гЦ длительность года (ч).

÷елесообразность и эффективность строительства прогнозируемых ветроэлектрических парков на территории –еспублики Ѕеларусь определ€етс€ п€тью основными показател€ми:

  • энергетической составл€ющей каждой ¬Ё”, оцениваемой по соотношению номинальной рабочей скорости ветра с номинальной мощностью генератора ветроагрегата;
  • рельефом и климатическими особенност€ми каждой строительной площадки под ¬Ё” на территории ¬Ё—;
  • ориентацией на особенности потребител€ электроэнергии от ¬Ё—;
  • экологической безопасностью;
  • экономической эффективностью.

 

«аключение

Ёффективность использовани€ энергии ветра в значительной степени зависит не только от потенциальных ресурсов ветра, но и от выбора места установки ветроагрегата, экономичности строительства и эксплуатации ¬Ё”. ¬озведение более мощных ветроагрегатов, что соответствует мировым тенденци€м развити€ ветроэнергетики, требует более тщательного анализа условий эксплуатации ¬Ё”, т.к. даже незначительные просчеты при проектировании могут привести к снижению эффективности выработки энергии ¬Ё” и значительным экономическим потер€м. ѕроведение анализа технических требований к проектированию ветроэнергетических установок, расчетов экономических показателей строительства и эксплуатации  ¬Ё—, а также выполнение требований по снижению экологического воздействи€ разрабатываемых ¬Ё” и ¬Ё—  повышает эффективность и безопасность строительства и использовани€ ветроэнергетических установок.

—писок использованных источников

1. –екомендации по определению климатических характеристик ветроэнергетических ресурсов. Ц Ћ.: √идрометеоиздат, 1989 Ц 37 с.

2. Levich E. New Developments and Classical Theories of Turbulence / Levich E. // Int. J. of Modern Physics. Ц 1996. Ц Vol. B10. ЦP. 2325-2392.

3. Ћейтхман ƒ.Ћ. ‘изика пограничного сло€ атмосферы / Ћейтхман ƒ.Ћ.  Ц Ћ: √идрометеоиздат, 1970. Ц 327 c.

4. A.Andrizhievskij. Assessment of wind potential inhomogeneity in the surface layer of atmosphere/ A.Andrizhievskij, A.Trifonov,  E.Mikhalycheva // Nonlinear Phenomena In Complex Systems. Ц Minsk. Ц 2006. Ц –75-80.

5. A.Trifonov. Use of geoinformation technologies for a choice of wind-driven powerplant sites taking into account of relief and incomplete meteorological data/ A.Trifonov,R. Heling, A.Lukashevich, A.Andrijievskij// Nonlinear Phenomena in Complex Sistems. Ц Minsk. Ц 2009. Ц no1. Цp. 81-86.

6. Ћандау Ћ.ƒ. √идродинамика/Ћандау Ћ.ƒ., Ћифшиц ≈.ћ. Ц ћ.: Ќаука, 1986. Ц 356 с.

7. јтлас ветров –оссии / Ќ.Ќ. —тарков  (и др.). Ц ћ.: ћожайскЦ“ерра, 2000. Ц551 с.

8. Ќаучно-прикладной справочник по климату ———–. —ери€ 3. ћноголетние данные. „асти 1-6. ¬ыпуск 7, Ѕелорусска€ ——–. Ћ.: √идрометеоиздат, 1987. Ц 429 с.

9. —правочник по климату –еспублики Ѕеларусь. ¬етер и атмосферное  давление. 10. –еспубликанский гидрометеорологический центр, 2000 г. Ц 425 с.

10. Ѕорисенко ћ.ћ. ¬ертикальные профили ветра и температуры в нижних сло€х атмосферы. Ц Ћ.: √идрометеоиздат, 1974. Ц 96 с.

11. Ѕорисенко ћ.ћ. –аспределение ветра в нижнем 200-метровом  слое над городом. ЦЋ.; √идрометеоиздат, 1977. Ц 79 с.


  • ƒата публикации: 11.03.2011
  • 14185
–Ю–Ю–Ю ¬Ђ–Ф–Х–Ы–Ю–Т–Ђ–Х –°–Ш–°–Ґ–Х–Ь–Ђ –°–Т–ѓ–Ч–Ш¬ї
–Ю—В—А–∞—Б–ї–µ–≤–Њ–є –Є–љ—Д–Њ—А–Љ–∞—Ж–Є–Њ–љ–љ–Њ-–∞–љ–∞–ї–Є—В–Є—З–µ—Б–Ї–Є–є –њ–Њ—А—В–∞–ї, –њ–Њ—Б–≤—П—Й—С–љ–љ—Л–є —Н–љ–µ—А–≥–µ—В–Є–Ї–µ –С–µ–ї–∞—А—Г—Б–Є. –Р–Ї—В—Г–∞–ї—М–љ—Л–µ –љ–Њ–≤–Њ—Б—В–Є –Є —Б–Њ–±—Л—В–Є—П. –Я–Њ–і—А–Њ–±–љ–∞—П –Є–љ—Д–Њ—А–Љ–∞—Ж–Є—П –Њ –Ї–Њ–Љ–њ–∞–љ–Є—П—Е, —В–Њ–≤–∞—А—Л –Є —Г—Б–ї—Г–≥–Є.
220013
–†–µ—Б–њ—Г–±–ї–Є–Ї–∞ –С–µ–ї–∞—А—Г—Б—М
–Ь–Є–љ—Б–Ї
—Г–ї. —Г–ї. –С. –•–Љ–µ–ї—М–љ–Є—Ж–Ї–Њ–≥–Њ, 7, –Њ—Д–Є—Б 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
–≠–љ–µ—А–≥–Њ–С–µ–ї–∞—А—Г—Б—М

–≠–љ–µ—А–≥–Њ–С–µ–ї–∞—А—Г—Б—М

–≠–љ–µ—А–≥–Њ–С–µ–ї–∞—А—Г—Б—М

–≠–љ–µ—А–≥–Њ–С–µ–ї–∞—А—Г—Б—М

191611654
5
5
1
150
150