|
3.
Ветроэнергетика
3.1. Природа ветра, ветровые зоны
В качестве основной причины образования ветра называется неравномерное
нагревание Солнцем поверхности земли. Поверхность земли неоднородна
(равнины, горы, леса, водоемы) и это обусловливает разный характер нагревание
даже близко расположенных участков поверхности. Вращение Земли также
способно влиять на характер воздушных потоков. Эти и другие причины
определяют характер циркуляции атмосферного воздуха. На экваторе вблизи
поверхности Земли располагается зона затишья, для которой характерны слабо
переменные ветра. На север и на юг от этой зоны находятся зоны пассатов, для
46
которых характерно отклонение к западу вследствие вращения Земли с запада на
восток. В результате, в северном полушарии постоянные ветры приходят с
северо-востока, а в южном - с юго-востока, как показано на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Схема циркуляции атмосферного воздуха
Зоны пассатов заканчиваются примерно на 30° северной и южной широты.
Они характеризуется равномерностью воздушных течений, как по направлению,
так и по скорости. Средняя скорость юго-восточных пассатов в северном
полушарии вблизи поверхности земли может достигать 6 – 8 м/с. Слой пассатов
располагается на высоте от 1 до 4 км над уровнем земли. Выше находится слой
переменных ветров, а а еще выше располагается зона антипассатов, направленных
противоположно направлению пассатов. Верхняя граница слоя антипассатов
достигает 8 км и зависит от времени года и от местности. В субтропических
широтах зоны пассатов сменяются штилевыми областями. К северу и югу от этих
областей приблизительно до 70° на всех высотах дуют ветры между западным и
юго-западным румбами в северном полушарии и между западным и северо-
западным – в южном полушарии. В этих широтах постоянно возникают и
затухают вихревые явления, усложняющие схему циркуляции атмосферного
воздуха, представленную на рис. 3.1. Особые условия рельефа земной
поверхности (моря, горы и т. п.) могут вызывать местные ветры. К ним относятся:
бризы и муссоны. Бризами называют береговые морские ветры, которые
возникают вследствие изменения температур воздуха в течении суток. Днём при
солнечной погоде береговая зона нагревается сильнее, чем поверхность моря,
поэтому более легкий и теплый воздух от поверхности суши поднимается вверх и
движется в верхнем слое в сторону моря, а затем на некотором расстоянии от
берега опускается вниз. Одновременно с этим более холодный морской воздух
направляется на сушу, что приводит к образованию морского берегового ветра –
бриза. Ночью над сушей воздух охлаждается сильнее, чем над морем, поэтому
направление циркуляции изменяется: внизу воздух движется в сторону моря, а
вверху – в сторону суши. Ширина зоны распространения бриза составляет
47
примерно 40 км в сторону моря и столько же в сторону суши. Высота
распространения бризов составляет от 200 до 300 м. В тропических странах бризы
наблюдаются практически весь год, а в умеренном поясе только летом, при
жаркой погоде. В нашей стране нас бризы наблюдаются летом у побережья
Черного и Каспийского морей. Годовые изменения температуры в прибрежных
зонах морей и океанов также вызывают циркуляцию воздуха, похожую на ту,
которая приводит к появлению бризов, но с годовым периодом. Эта циркуляция
называется муссонами. Летом поверхность суши нагревается сильнее, чем вода в
морях и океанах. Вследствие этого над сушей образуется зона пониженного
давления, куда устремляется воздух от морей и океанов, а вверху он наоборот
течёт от суши к морям и океанам. Эти ветры называются морскими муссонами.
Зимой поверхность суши значительно холоднее, чем поверхность моря или
океана, поэтому над ней образуется область повышенного давления. Вследствие
этого нижние слои воздуха движутся от суши к морям и океанам, а в верхних
слоях, наоборот, от морей и океанов к суше. Эти ветры называются
материковыми муссонами. Сильные муссоны наблюдаются на южном побережье
Азии (в Индийском океане и Аравийском море), где летом они имеют юго-
западное направление, а зимой – северо-восточное. У восточных берегов Азии
также наблюдаются муссоны. Зимой здесь дуют суровые северо-западные
материковые ветры; летом юго-восточные и южные морские влажные ветры. Эти
ветры оказывают существенное влияние на климат Дальневосточного региона.
Ветровые режимы разных регионов России сильно отличаются друг от
друга. По величине среднегодовой скорости ветра в данном регионе можно
судить о целесообразности и эффективности использования энергии ветра.
Благоприятные ветровые условия, обеспечивающие возможность эксплуатации
ветроустановок на протяжении большей части года, расположены, прежде всего,
на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова
до Камчатки, на побережье Охотского, Баренцева, Черного и Азовского морей.
Также в качестве перспективного необходимо отметить регион Каспийского
моря, нижней и средней Волги. Большинство регионов европейской части России
относятся к зоне средней интенсивности ветра В них среднегодовая скорость
ветра составляет от 3,5 до 6 м/с. В целом примерно 30 % экономически
целесообразного потенциала ветроэнергетики сосредоточено на Дальнем
Востоке, по 16 % в Восточной и Западной Сибири, 14 % в Северо-Западном
регионе, и не более 5 % в каждом другом регионе страны. Наиболее
целесообразно размещать ветроэнергетические установки на побережье и
шельфах морей, а также на островах. На шельфе удельная мощность ветрового
потока может достигать 1000 – 1500 Вт/м
2
, на побережье – 500 – 1000 Вт/м
2
, а в
регионах удаленных от морей и океанов 100 – 500 Вт/м
2
.
По величине ветровой энергии проходящей через 1 м
2
поверхности,
ометаемой ветроколесом местности подразделяются на семь классов. Это
подразделение выполняется по величине среднегодовой скорости ветра на высоте
50 м над поверхностью земли. Названия классов и их характеристика приводятся
в таблице 2.
Таблица 2. Характеристика классов местности по ветроэнергетике
48
Номер класса
Характеристика класса
Удельная
мощность, Вт/м
2
на высоте 50 м
Среднегодовая
скорость, м/с на
высоте 50 м
1
Не рентабельный
0-200
0,0-5,6
2
Малорентабельный 200-300
5,6-6,4
3
Средний
300-400
6,4-7,0
4
Хороший
400-500
7,0-7,5
5
Отличный
500-600
7,5-8,0
6
Выдающийся
600-800
8,0-8,8
7
Великолепный
> 800
> 8,8
Эти данные являются существенно важными при выборе площадки для
сооружения ветроустановок большой мощности. Если же речь идет об установках
малой мощности, то это не является решающим фактором.
Do'stlaringiz bilan baham: |
