Analiza prędkości wiatru dla wybranych Analiza prędkości wiatru dla wybranych stacji meteorologicznych Podkarpacia stacji meteorologicznych Podkarpacia

Analiza prędkości wiatru dla wybranych Analiza prędkości wiatru dla wybranych

stacji meteorologicznych Podkarpacia stacji meteorologicznych Podkarpacia

dr Krzysztof Markowicz dr Krzysztof Markowicz

Instytut Geofizyki, Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki, Uniwersytet Warszawski

kmark@igf.fuw.edu.pl kmark@igf.fuw.edu.pl

www.igf.fuw.edu.pl/meteo/stacja

www.igf.fuw.edu.pl/meteo/stacja

Prędkość wiatru a moc elektrowni Prędkość wiatru a moc elektrowni

wiatrowych wiatrowych

v 3

2 P  1 

Energia wiatru v t

2

E  1  ³

Moc wiatru

 

 





 ^{ 7 3} ₂

m t kWh 2 v

10 1 778

. 2 E

 - gęstość powietrza

=1.26 kg/m ³ (średnia wartość w Polsce)

v - prędkości wiatru w [m/s]

T 287

 p



Moc elektrowni wiatrowej Moc elektrowni wiatrowej

 

 





 ^{ 7 3} _{o g b 2}

m N kWh

N tC 2 v

10 1 778

. 2 E

C _o – współczynnik efektywności turbiny (typowa wartość 0.35) N _g – efektywność generatora (minimum 0.85 dla

nowoczesnych generatorów

N _b – efektywność skrzyni biegów (0.90-0.95)

Co dają nam informacja o średniej prędkości Co dają nam informacja o średniej prędkości

wiatru ? wiatru ?

• To zależy od czasu uśredniania.

• Średnia roczna prędkość wiatru jest wielkością która z punktu widzenia energii wiatru jest mało użyteczna.

• Na jej podstawie nie możemy oszacować średniej mocy elektrowni wiatrowej.

• Dopiero dostatecznie częste dane o prędkości wiatru

mogą posłużyć do opracowania zasobów wiatru na

danym obszarze.

Jak szacować zasoby energetyczne wiatru Jak szacować zasoby energetyczne wiatru

3  v 3 

Ze względu na fakt, iż moc elektrowni wiatrowej zależy od 3 potęgi prędkości wiatru to szacowania zasobów wiatru należy stosować wielkość

Jest ona odpowiednikiem średniej prędkości wiatru jednak uwzględniająca jego zmienność. Więc obliczanie mocy

elektrowni wymaga podnoszenia tej wielkości do 3 potęgi

Tak więc szacowanie mocy elektrowni na podstawie średnich prędkości wiatru zawsze zaniża tą wielkość !!

W dalszej analizie stosowana będzie zdefiniowana wyżej

wielkość. Jest ona zawsze większa od średniej prędkości

wiatru

Czy potrzebujemy informacji o kierunku Czy potrzebujemy informacji o kierunku

wiatru ? wiatru ?

• Ze względu na ukształtowanie terenu, zabudowę czy wysoką roślinność szorstkość powierzchni ziemi w różnych kierunkach jest na ogół inna

• Prowadzi to zróżnicowanie prędkości wiatru w zależności od kierunku geograficznego

• Ponadto ogólna cyrkulacja powietrza w rejonie Europy Środkowej determinuje główny kierunek napływu mas powietrza i zróżnicowanie prędkości wiatru w zależności od kierunku cyrkulacji.

• W przeważającej części regionu dominuje południowy i południowo zachodni kierunek wiatru

• Co faworyzuje (pod kątem wykorzystania wiatru) np.

zbocza opadający w tym kierunku

Zmienność prędkości wiatru z wysokością Zmienność prędkości wiatru z wysokością

• Prędkość wiatru na ogół rośnie z wysokością do około 1 km.

• Tempo tego wzrostu zależy od wielu czynników:

ukształtowania i pokrycia terenu (szorstkości) oraz stanu atmosfery.

• Ruchy pionowe w atmosferze (np. konwekcja) przenoszą pęd cząstek powietrza z górnych warstw w kierunku

powierzchni ziemi. Gdy ruchy te zanikają prędkość wiatru przy ziemi znacznie zmniejsza się (podczas nocy)

• Dlatego najwyższe prędkości wiatru rejestruje się w ciągu

dnia gdy ruchy konwekcyjne osiągają maksimum.

Jak wyznaczyć prędkości wiatru na wysokości 30 czy Jak wyznaczyć prędkości wiatru na wysokości 30 czy

50 metrów gdy dysponujemy pomiarami 50 metrów gdy dysponujemy pomiarami

z wysokości 10 metrów ? z wysokości 10 metrów ?

• Ze względu na liczne czynniki jakie wpływają na wzrost prędkości wiatru z wysokością zadanie to jest szalenie trudne.

• Wzór logarytmiczny

 

 





 

 







o 1 o 2 1

1 2

2

h ln h

h ln h ) h ( V ) h ( V h

– parametr szorstkości podłoża zależny od własności fizycznych podłoża. Po niżej

wysokości h

prędkość wiatr jest zerowa

• Wzór potęgowy (bardzo często używany do szacowania

prędkości wiatru na potrzeby elektrowni wiatrowych)



 

 



 

1 1 2

1 2

2

h

) h h ( V )

h (

V gdzie parametr  często przyjmowany jest

jako stały i równy 1/7

Klasa szorstkośc

i terenu

Opis terenu h

[m]

1 Morze, teren otwarty na odległości > 3km 0.0002 2 Obszary bagienne, śnieg, teren bez zabudowy i

roślinności

0.005 3 Plaski teren otwarty, trawa, pojedyncze budynki 0.03 4 Niskie uprawy, pojedyncze budynki o parametrach

[x/h] < 20 metrów 0.10

5 Wysokie uprawy, zabudowa rozrzucona o

parametrach 15<[x/h]<20 metrów 0.25 6 Parki, krzaki, zarośla, budynki o parametrach

[x/h] 10 metrów

0.50

7 Przedmieścia, lasy 1.00

8 Centra dużych miast >2.00

Zmienność średniej prędkości wiatru na Podkarpaciu w Zmienność średniej prędkości wiatru na Podkarpaciu w

styczniu w okresie 1948-2005 styczniu w okresie 1948-2005

Dane: NCEP-NCAR Reanaliza, klimatologia za okres 1948-2004

Zmienność średniej prędkości wiatru na Podkarpaciu w Zmienność średniej prędkości wiatru na Podkarpaciu w

listopadzie w okresie 1948-2005 listopadzie w okresie 1948-2005

Dane: NCEP-NCAR Reanaliza, klimatologia za okres 1948-2004

Dominujący kierunek wiatru dla Podkarpacia Dominujący kierunek wiatru dla Podkarpacia

Dane: NCEP-NCAR Reanaliza, klimatologia za okres 1948-2004

W E

S

N

Rozkład prędkości wiatru oraz wartości średnie Rozkład prędkości wiatru oraz wartości średnie

wieloletnie dla wybranych stacji (1995-2001) wieloletnie dla wybranych stacji (1995-2001)

N at io na l C lim at ic D at a C en te r

Porównanie prędkości wiatru na stacjach Porównanie prędkości wiatru na stacjach

meteorologicznych Podkarpacia – meteorologicznych Podkarpacia –

klimatologia 1995-2001 klimatologia 1995-2001

N at io na l C lim at ic D at a C en te r

Stacja transferu radiacyjnego w okolicach Stacja transferu radiacyjnego w okolicach

Strzyżowa- Gwoździnka Strzyżowa- Gwoździnka

(25 km na południowy zachód od Rzeszowa) 443 m.n.p.m

(25 km na południowy zachód od Rzeszowa) 443 m.n.p.m

Porównanie prędkości wiatru na dwóch stacjach: Stacja Porównanie prędkości wiatru na dwóch stacjach: Stacja

badawcza- Gwoździanka (kolor granatowy) oraz badawcza- Gwoździanka (kolor granatowy) oraz

Strzy

Strzy ż ż ó ó w góra Żarmowska (kolor brązowy). w góra Żarmowska (kolor brązowy).

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

3 v3 

Data Średnia prędkość wiatru w [m/s]

Średnia prędkość wiatru na użytek elektrowni wiatrowej

Częstość prędkości wiatru w procentach

v>5 m/s v>7.5 m/s v>10 m/s

06 2004 3.2 3.9 13.2 1.2 0

07 2004 3.1 4.1 19.5 0.8 0

08 2004 3.7 4.7 28.9 3.6 0

09 2004 3.5 5.1 31.4 10.0 0.6

10 2004 5.1 6.4 50.4 22.6 4.1

11 2004 4.2 6.1 43.0 14.6 5.1

12 2004 5.3 7.1 55.2 27.4 9.5

01 2005 5.6 6.9 60.0 26.1 5.6

02 2005 3.1 5.4 27.0 9.9 4.1

03 2005 5.0 6.2 52.8 17.5 3.1

04 2005 3.2 5.0 24.2 6.3 2.0

05 2006 3.8 5.0 31.8 5.9 0.5

06 2005 3.6 4.7 28.0 4.6 0.2

07 2005 3.0 4.2 19.6 2.3 0.04

08 2005 2.4 3.6 12.2 0.3 0

09 2005 3.9 4.7 28.2 3.6 0.2

10 2005 2.6 4.5 20.4 5.7 0.7

11 2005 4.0 6.0 37.7 13.1 4.8

12 2005 2.4 5.0 25.3 7.9 1.9

01 2006 2.9 5.0 26.4 8.6 1.4

02 2006 3.6 5.7 30.9 12.3 3.4

3 v3 

Stacja Badawcza Gwoździanka

Przebieg średniej miesięcznej prędkości

Przebieg średniej miesięcznej prędkości

wiatru na stacji badawczej Gwoździanka

wiatru na stacji badawczej Gwoździanka

Wykład procentowy dni z prędkością wiatru w Wykład procentowy dni z prędkością wiatru w

określonym przedziale na stacji badawczej określonym przedziale na stacji badawczej

Gwoździanka

Gwoździanka

Podsumowanie Podsumowanie

• Rejon Podkarpacie (szczególnie jego wschodnie i południowej obszary) jest dość korzystny pod

względem potencjalnego wykorzystania energii wiatru

• Szalenie istotne są lokalne warunki topograficzne które istotnie modyfikują zasoby energetyczne

wiatru.

• Uprzywilejowane pod tym względem są między innymi szczyty wzniesień oraz południowe i

południowo zachodnie zbocza

• Bardzo mało wiemy jednak o zróżnicowaniu wiatru na terenie Podkarpacia dlatego konieczna jest:

• Rozbudowa sieci obserwacyjnej