Анализ удельного ветроэнергетического потенциала

В таблице 6 представлены данные о ветроэнергетическом потенциале по метеостанциям Республики Башкортостан для высоты, на которой расположен флюгер метеостанции (10-12 метров).

Значение стандартного квадратичного отклонения варьируются от 0,18 до 0,49.

Коэффициент вариации Cv, характеризующий временную изменчивость значений скорости весьма мал, и меняется по территории сравнительно мало, от 0,08 до 0,15. Данный факт свидетельствует о вполне стабильном по времени и по территории режиме ветрового потока.

Коэффициент асимметрии варьируется от значения -0,57 до значения 0,74. Среднее значение коэффициента асимметрии равно -0,01, что позволяет нам говорить о том, что асимметрия маленькая.

Коэффициент эксцесса варьируется от значения -1,46 и до значения -0,08. Среднее значение коэффициента эксцесса равно -0,7. Это означает, что данные обладают отрицательным эксцессом.

Ветроэнергетический потенциал по метеостанциям Республики меняется от 2,1 (Тукан) до 26,8 Вт/м2 (Кумертау). Средний показатель удельного ветроэнергетического потенциала территории Республики Башкортостан равен значению 11,9 Вт/м², что позволяет нам считать, что территория Башкортостана в целом малопригодна для строительства ветряных станций.

Однако, в отдельных районах, в которых фиксируется превышение показателя удельного ветроэнергетического потенциала, равного 20 Вт/м², в целом возможно развитие ветроэнергетики. В Республике Башкортостан этими районами являются: Белебеевская возвышенность, степные районы Зауралья, Сакмаро-Бельская возвышенность и территория северного Башкортостана.

Таблица 6

Удельный ветроэнергетический потенциал территории Республики Башкортостан

Метеостанция	Средняя Vc, м/с	σ	Cv	A	E	Nc, Вт/м2
Уфа	2,12	0,29	0,14	-0,26	-0,62	6,2
Туймазы	1,83	0,18	0,10	0,63	-0,48	3,9
Стерлитамак	1,75	0,23	0,13	-0,57	-0,31	3,5
Тукан	1,48	0,20	0,13	-0,19	-0,48	2,1
Белорецк	1,48	0,19	0,13	0,01	-0,87	2,1
Архангельское	2,58	0,38	0,15	-0,01	-0,87	11,2
Акъяр	3,33	0,27	0,08	-0,10	-1,46	23,1
Кизильское	2,6	0,30	0,11	0,37	-0,74	11,2
Учалы	2,63	0,49	0,19	0,00	-0,25	12,3
Зилаир	2,32	0,24	0,10	-0,10	-1,41	7,9
Караидель	2,2	0,23	0,10	0,74	-0,08	6,7
Аксаково	3,44	0,32	0,09	-0,39	-0,18	25,6
Бирск	2,8	0,30	0,11	-0,06	-1,01	13,9
Кумертау	3,5	0,30	0,09	0,22	-0,70	26,8
Аскино	3,3	0,33	0,10	-0,42	-1,01	22,7

В реальных условиях при использовании ВЭУ часть энергии по известным причинам будет потеряна.

Значения ветроэнергетического потенциала, показанные на рисунке 8, недостаточны для строительства крупных ветряных электростанций, однако они позволяют разместить ветряные установки малой мощности.

Рис. 8. Удельный ветропотенциал территории Республики Башкортостан

 

Результаты, полученные в таблице 6, еще раз доказывают прямую зависимость ветроэнергетического потенциала территории от средней скорости ветрового потока.

Также нами был рассчитан максимально возможный ветроэнергетический потенциал территории Республики Башкортостан. Для его расчета были взяты данные о максимальном значении порыва ветрового потока на высоте 10-12 метров. Результаты расчета представлены в таблице 7.

В данном случае средняя максимальная скорость ветрового потока равна 11,98 м/с, что более чем в 4 раза превышает среднюю скорость ветра, характерную для территории Республики Башкортостан в целом.

Значение стандартного квадратичного отклонения варьируются от 0,21 до 0,53.

Коэффициент вариации Cv, характеризующий временную изменчивость значений скорости весьма мал, и меняется по территории сравнительно мало, от 0,02 до 0,05. Данный факт свидетельствует об очень стабильном по времени и по территории режиме ветрового потока.

Коэффициент асимметрии варьируется от значения -1,4 до значения 0,5. Среднее значение коэффициента асимметрии равно -0,2, что позволяет нам говорить о том, что асимметрия маленькая.

Коэффициент эксцесса варьируется от значения -1,5 и до значения 1,2. Среднее значение коэффициента эксцесса равно -0,4. Это означает, что данные обладают отрицательным эксцессом.

Таблица 7

Удельный максимальный ветроэнергетический потенциал территории Республики Башкортостан

Метеостанция	Средняя максимальная Vc, м/с	σ	Cv	A	E	Nc
Уфа		0,35	0,03	0,5	0,7	1061,9
Туймазы		0,53	0,04	-0,8	0,4	1065,3
Стерлитамак	11,6	0,23	0,02	0,2	-0,7	958,0
Тукан	11,4	0,52	0,05	-0,7	-0,3	913,8
Белорецк	11,8	0,30	0,03	-0,4	-0,3	1009,1
Архангельское	11,7	0,49	0,04	-0,1	-1,5	986,8
Акъяр	12,3	0,25	0,02	0,4	-0,6	1142,2
Кизильское	12,1	0,37	0,03	-0,1	-1,5	1089,0
Учалы	12,5	0,52	0,04	-1,4	1,2	1203,3
Зилаир	11,9	0,31	0,03	0,5	-0,3	1035,1
Караидель		0,34	0,03	-0,4	0,1	1061,8
Аксаково		0,26	0,02	0,4	-0,4	1060,7
Бирск		0,21	0,02	-0,6	-1,0	1060,3
Кумертау	12,4	0,49	0,04	0,2	-1,0	1174,2
Аскино	12,1	0,38	0,03	-0,5	-1,1	1089,2

 

Для оптимальной трансформации ветровой энергии в электричество, согласно исследованиям различных авторов, ветряные установки необходимо сооружать на больших высотах: от 30 до 100 метров и даже выше, так как скорость ветра с высотой увеличивается по логарифмическому закону.

Авторами [53] доказано, что ветроэнергетический потенциал на высоте 30 м выше в 7,7 раза (в среднем), на высоте 100 м - в 12,4 раза. При этом среднегодовые скорости воздушных потоков на стометровой высоте превышают 7 метров в секунду. Если для размещения ВЭУ выйти на высоту 100 м, используя подходящую естественную или искусственную возвышенность, практически на всей территории Республики Башкортостан можно эффективно использовать ветроагрегаты.

Более точная оценка ветроэнергетического потенциала, при условии расположения ВЭУ на высоте 100 метров, невозможна без проведения аэрологических наблюдений.

Следует отметить, что дополнительные возможности может принести использование ВЭУ, работающих при малых скоростях ветра. Прогресс не стоит на месте и сейчас имеется ряд улучшенных конструкций ВЭУ.

Например, специалисты Института криосферы Земли Сибирского отделения РАН предложили заменить воздушные винты на шнеки - спиральные винты Архимеда. Самое главное преимущество - большая площадь лопастей по сравнению с традиционными винтами, а значит, и более высокая производительность. Спиральные лопасти благодаря своей геометрии сохраняют форму и при малой толщине, даже если изготовлены из тонкого стального или алюминиевого листа, или пластмассы, а для тонкостенной ступицы, на которой они укреплены, служат своеобразными ребрами жесткости.

Следует отметить, что полученные в данной работе результаты, в целом, соотносятся с общими результатами, опубликованными в национальном кадастре ветроэнергетических ресурсов России [32].

 

 

ВЫВОДЫ

1. При расчете и последующем анализе среднемесячных и среднегодовых скоростей ветрового потока, выделяются ряд областей, формально подходящих для развития ветроэнергетики. Это территории Белебеевской возвышенности (метеостанция Аксаково), территория степного Зауралья (метеостанция Акъяр), территория Северного Башкортостана (метеостанция Аскино), а также территория Сакмаро-Бельской возвышенности (метеостанция Кумертау). На всех трех метеостанциях зафиксировано превышение порогового показателя скорости ветрового потока равного 3 м/с.

2. При вычислении удельной теоретической мощности было установлено, что превышение необходимого показателя в 50 Вт/м² наблюдается только на метеостанции Кумертау

3. Анализируя суточной ход средней скорости ветра можно заметить, что средняя скорость ветрового потока в дневные часы всегда выше скорости ветрового потока в ночные часы. При этом, амплитуда суточного хода средней скорости ветрового потока в летние месяцы резко возрастает. Если ночью средняя скорость ветра равна около 2 м/с, то в светлое время суток средняя скорость ветрового потока превышает 4 м/с.

Повторяемость благоприятных условий для работы ветряных энергетических установок (скорость ветра 3 м/с и более) составляет соответственно 60,2; 65,6; 59,5 и 66,7%.

4. В ходе оценки ветроэнергетического потенциала выделяется 4 области, подходящие для развития малой ветроэнергетики: Белебеевская возвышенность, степные районы Зауралья, Сакмаро-Бельская возвышенность и территория Северного Башкортостана. На всей остальной территории Республики Башкортостан ветроэнергетический потенциал крайне мал для строительства ВЭС и ВЭУ.

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алехина Е. В. Основные аспекты ветроэнергетики // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2013. – № 12-2. – С. 8-12.

2. Алехина Е. В. Перспективы ветроэнергетики // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2013. – №12-2. – С. 13-17.

3. Аль-Хулайди М. А. Экономический потенциал использования возобновляемых источников энергии в Йемене // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экономика. – 2010. – №2. – С. 52-59.

4. Архив погоды [Электронный ресурс]. Режим доступа www.rp5.ru

5. Атлас Республики Башкортостан. / под. ред. И. М. Япарова. Уфа: Китап, 2005. 419 с.

6. Гарипов М.Г. Ветроэнергетика // Вестник Казанского технологического университета. – 2013. – Т. 16. – №2. – С. 64-65.

7. Григораш О. В., Корзенков П. Г., Кондратенко Ю. Е. К расчёту энергетического потенциала и экономической эффективности ветровой энергетики // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2014. – №100. – С. 1-12.

8. Дайчман Р. А. Использование ветроэнергетических установок в Российской Федерации //Апробация. – 2015. – №11. – С. 13-15.

9. Де Рензо Л. Ветроэнергетика. М.: Энергоатомиздат, 1982. 271 с.

10. Доклад Министерства энергетики Российской Федерации «Основные результаты работы Министерства энергетики Российской Федерации в 2016 году».

11. Доклад The World Wind Energy Association за 2015 год [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.wwindea.org

12. Дорошин А.Н., Виссарионов В.И. Малинин Н.К. Многофакторный анализ эффективности энергокомплексов на основе ВИЭ в системе обеспечения автономного потребителя // Вестник МЭИ. – 2011. – № 4. – С. 38-45.

13. Жагина С. Н., Тимашев И. Е. Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) северных регионов России: состояние и перспективы развития. // Вестник ВГУ. – 2015. – №4. – С. 53-58.

14. Жильцов А. В. Деятельность ведущих государств мира в сфере внедрения новых источников энергии позитивный опыт для России // Вестник Нижегородского университета им. Лобачевского. – 2009. – №3. – С. 239-242.

15. Журавлев Г. Г. Оценка ветроэнергетического потенциала Томской области // Вестник Томского государственного университета. – 2001. – №274. – С. 141-147.

16. Журавлев Г. Г., Задде Г. О. Оценка ветроэнергетического потенциала Кемеровской области // Вестник Томского государственного университета. – 2013. – №376. – С. 175-181.

17. Зубакин В.А., Нырковский В.В., Николаев В.Г. Опыт возведения Калмыцкой ВЭС на базе мегаваттных ВЭУ отечественного производства. // Малая энергетика. – 2008. – №1-2. – С. 68-72.

18. Касеева О. А. Оценка ветрового энергетического потенциала Оренбургской области // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – 2014. – №1. – С. 39-40.

19. Квитко А. В., Семенов Я. А., Отмахов Г. С. Автономные ветроэлектрические установки и системы // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2015. – №112. – С. 1-13.

20. Керимов И. А. и др. Ресурсы солнечной и ветровой энергии Чеченской республики //Инженерный вестник Дона. – 2012. – Т. 19. – №1. – С. 302-312.

21. Коробова О. С. Перспективы использования возобновляемых источников энергии в России // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2009. – № 5. – С. 175-187.

22. Котилко В. В., Фарков А. Г. Потенциал развития возобновляемых источников энергии в аграрных регионах Западной Сибири // Региональная экономика: теория и практика. – 2013. – №15. – С. 14-20.

23. Лимаренко А. Н. Потенциал и необходимость развития нетрадиционных возобновляемых источников энергии в Украине // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2013. – Т 5. – №8 (65). – С. 14-19.

24. Лузин В.Е., Евдокименко А.С., Гаврилов П.А., Николаев В.Г. Оценка эффективности использования ВЭС в Камчатской области // Малая энергетика. – 2006. – № 1–2. – С. 56-61

25. Львович И.Я. Альтернативные источники энергии // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2011. – Т 7. – №2. – С. 50-52.

26. Методические указания «Проведение изыскательских работ по оценке ветроэнергетических ресурсов для обоснования схем размещения и проектирования ветроэнергетических установок».

27. Милевский В. Ю. Методика исследования скоростных роз и скоростных роз диаграмм ветра // Тр. ГГО. – 1960. – №113. – С. 57-70.

28. Милошенко О. В. Особенности развития геотермальной энергетики // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – №5-2. – С. 178-182.

29. Минин В. А. Ресурсы нетрадиционных и возобновляемых источников энергии Мурманской области и приоритеты их использования // Вестник Кольского научного центра РАН. – 2010. – №1. – С. 95-102.

30. Минин В. А. Потенциал ветровой энергии Архангельской области // Труды Кольского научного центра РАН. – 2016. – №1-12 (35). – С. 103-117.

31. Николаев В. Г., Гринцевич Ю. А., Пономаренко Л. В. и др. Методика определения ветроэнергетических ресурсов и эффективности использования ВЭС на территории РФ и стран СНГ. Рекомендации по стандартизации. М.: Минтопэнерго. – 1994. – 80 с.

32. Николаев В. Г., Ганага С.В., Кудряшов Ю.И. Национальный кадастр ветроэнергетических ресурсов России и методические основы их определения. М.: Атмограф, – 2009. – 584 с.

33. Николаев В. Г. Потенциал и перспективы развития ВИЭ в России. // Экология и жизнь. – 2009. – №9(94). – С. 21-30.

34. Николаев В. Г. Возможные и целесообразные масштабы использования ВЭС в РФ. // Естественные и технические науки. Энергетика. – 2011. – №2. – С. 445-455.

35. Николаев В. Г. Развитие технологий определения ветроэнергетического потенциала России // Научно-технические ведомости СПбГПУ. – 2011. – №2 (123). – С. 68-76.

36. Никольченко Ю. Н., Севастьянова Л. М. Потенциальные ветро- и гелиоэнергетические ресурсы в Алтайском крае // Вестник Томского государственного университета. – 2012. – №365. – С. 187-193.

37. Носкова Е. В. Оценка ветроэнергетического потенциала на территории Забайкальского края. Assessment of wind energy potential at the Tranbaikal territory // Вестник ЗабГУ. – 2015. – Т 7. – №7 (122). – С. 12-19.

38. Перминов Э. М. О стратегии развития энергетики // Энергетик. – 2008. – № 9. – С. 19-25.

39. Олешкевич М. М., Руденя А. С. Возобновляемые источники энергии в электроэнергетике Беларуси // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. – 2014. – №3. – С. 49-61.

40. Популярная механика [Электронный ресурс]. Режим доступа www.popmech.ru

41. Саликеева С. Н., Галеева Ф. Т. Обзор методов получения альтернативной энергии // Вестник Казанского технологического университета. – 2012. – Т. 15. – № 8. – С. 57-59.

42. Семёночкина И. О., Саразов А.В. Перспективы в развитии возобновляемых источников энергии // Успехи современного естествознания. – 2012. – №6. – С. 193-194.

43. Соловьев A.A. Парниковые ветроэлектростанции // Юбилейный сборник трудов «250 лет МГУ». – 2007. – С. 234-249.

44. Усков А. Е., Гиркин А. С. Солнечная энергетика: состояние и перспективы // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2014. – № 98. – С. 1-11.

45. Чепенко В. Л. Промышленные ветроэнергетические станции: современное состояние и перспективы использования // Энергобезопасность и энергосбережение. – 2009. – №. 6. – С. 17-22.

46. Чомахидзе Д. Грузия: Природные энергетические ресурсы // Центральная Азия и Кавказ. – 2007. – №4 (52). – С. 27-36.

47. Чумаков А. Н. Альтернативная энергетика России: потенциал и перспективы освоения // XV Международная конференция “Образование в интересах устойчивого развития”. – 2009. – С. 39-44.

48. Шуйский В. П. Мировые рынки возобновляемых источников энергии в первой половине ХХI века // Российский внешнеэкономический вестник. – 2010. – №1. – С. 21-29.

49. Agbetuyi A. F. Wind energy potential in Nigeria // International Electrical Engineering Journal. – 2012. – V. 3. – №1. – P. 595-601

50. Baloch M. H., Kaloi G. S., Memon Z. A. Current scenario of the wind energy in Pakistan challenges and future perspectives: A case study // Energy Reports. – 2016. – V. 2. – P. 201-210.

51. Fyrippis I., Axaopoulos P. J., Panayiotou G. Wind energy potential assessment in Naxos Island, Greece // Applied Energy. – 2010. – V. 87. – №2. – P. 577-586.

52. Jacobson M. Z., Delucchi M. A. Providing all global energy with wind, water, and solar power, Part I: Technologies, energy resources, quantities and areas of infrastructure, and materials // Energy policy. – 2011. – V. 39. – №3. – P. 1154-1169.

53. Ganaga S.V., Kudriashov Y.L., Nikolaev V.G. Method on Determination of Wind Resources and Efficiency of WT in the Territory of Russia // GWEC Conference Report. Delhi, – 2006. – P. 171-177.

54. Gökçek M., Bayülken A., Bekdemir Ş. Investigation of wind characteristics and wind energy potential in Kirklareli, Turkey // Renewable Energy. – 2007. – V. 32. – №10. – P. 1739-1752.

55. Keyhani A. et al. An assessment of wind energy potential as a power generation source in the capital of Iran // Energy. – 2010. – V. 35. – №.1. – P. 188-201.

56. McElroy M. B. et al. Potential for wind-generated electricity in China // Science. – 2009. – V. 325. – №5946. – P. 1378-1380.

57. Merzouk N. K. Wind energy potential of Algeria // Renewable energy. – 2000. – V. 21. – №3. – P. 553-562.

58. Nguyen K. Q. Wind energy in Vietnam: Resource assessment, development status and future implications // Energy Policy. – 2007. – V. 35. – №2. – P. 1405-1413

59. Swart R. J. et al. Europe's onshore and offshore wind energy potential: An assessment of environmental and economic constraints. / European Environment Agency. – 2009. – №.6/2009. – 85 s.

60. Ucar A., Balo F. Evaluation of wind energy potential and electricity generation at six locations in Turkey // Applied Energy. – 2009. – V. 86. – №10. – P. 1864-1872.

61. Zayas J. et al. Enabling wind power nationwide // US Department of Energy. – 2015. – 43 s.