Технические науки ●

● Те хни че ск ие науки
УДК 621.548; 621.311.24
С.А. Орынбаев, А.Б. Бекбаев, Б.К. Байбутанов, С.С. Молдахметов
(Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева,
Алматы, Республика Казахстан, e-mail: [email protected])
ОЦЕНКА ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА МЕСТНОСТИ НА ПРИМЕРЕ
РАЙОНОВ ЮЖНОГО КАЗАХСТАНА
Аннотация: В работе проведено исследование ветроэнергетического потенциала местности на примере
Жуалынского района Жамбылской области Республики Казахстан. Использованы статистические методы
обработки данных ветра, с целью объективного прогнозирования потенциала по градациям. Определены
среднегодовая скорость ветра и удельная годовая мощность энергии ветра.
Ключевые слова: ветроэнергетический потенциал, удельная мощность, среднегодовая скорость ветра,
градации ветра
Введение. Исходя из природно-климатических условий Казахстана, особенностей территории и
в связи с низкой плотностью населения, можно рекомендовать для улучшения условий
электроснабжения и покрытия определенной части дефицита электрической энергии, особенно для
наиболее удаленных от источников энергоснабжения потребителей, использование энергии ветра.
Однако информация для принятия решения о целесообразности использования данного источника
80
№3 2015 Вестник КазНТУ
● Те хник а лы қ ғ ылымдар
возобновляемой энергии и выборе конкретного типа установки является достоянием узкого круга
специалистов и в большинстве случаев недоступна широкому потребителю.
Цель работы. Определение ветропотенциала местности на основе многолетних наблюдении.
Материал и результаты исследования. Региональные особенности ветровых потоков
являются определяющим фактором для принятия решения по выбору конструкции ВЭУ. Воздушные
течения на всей территории республики характеризуются высокой турбулентностью, частыми
порывами и сменой направлений, имеют высокий градиент скорости ветра по высоте.
Для эффективного использования энергии ветрового потока необходимо иметь
исчерпывающую информацию о нем. Общеметеорологические характеристики, выдаваемые
метеостанциями, для этого недостаточны.
Как видно из карты районирования на большей части территории Казахстана (около 90%)
наблюдаются среднегодовые скорости ветра 3 - 5 м/с (рис.1), а ветроэнергетический потенциал ряда
выбранных мест, показанный на рис.2, где провели исследования и выявили местности с хорошими
характеристиками ветра, наводят на мысль о том, что на территории нашей страны есть еще много
мест, где реальный потенциал ветра еще не выявлен.
На метеостанциях Республики Казахстан измерения скорости ветрового потока производятся
на высоте 10 м от земной поверхности, т.е. согласно стандартной методике, и степень открытости у
них достаточно высокая. Но так как метеостанции, находятся только при областных центрах, то
информация, полученная от них часто не является достоверной для районов, находящихся на
значительном расстоянии. По рекомендациям [1], чтобы определить среднегодовую скорость ветра и
ветропотенциал местности, необходимы результаты многолетних измерении, как минимум за 3 года.
Для проведения исследовании по оценке ветропотенциала мы выбрали Жуалынский район
Жамбылской области.
Рис. 1. Районирование территории Казахстана по средней скорости ветра по СНиП 2.01.07-85*
ҚазҰТУ хабаршысы №3 2015
81
● Те хни че ск ие науки
Рис. 2. Ветроэнергетический потенциал в ряде выбранных мест по регионам Казахстана
Основой всех ветроэнергетических расчетов является ветроэнергетический кадастр. К числу
основных кадастровых характеристик ветра относятся: среднегодовая скорость, годовой и суточный
ход, повторяемость скоростей ветра по градациям, распределение ветровых периодов и периодов
затишья по длительности, максимальная скорость, удельная мощность и удельная энергия ветрового
потока, ветроэнергетические ресурсы района [1].
Для оценки ветрового потенциала местности необходимо сначала обработать массив скоростей
ветра. Для этого используются метеостанции, позволяющие с определенным интервалом времени
записывать текущие показатели ветра. Для оценки ветропотенциала выбранной нами местности была
использована специальная метеостанция марки Vantage View, состоящая из измерительного блока с
датчиками с функцией беспроводной передачи данных и приемного терминала, основным
преимуществом которого является возможность сохранения данных в своей памяти. Нами были
произведены исследования ветроэнергетического потенциала данной местности во временном
промежутке с 2012 по 2014 год. Массив содержит показатели ветра (скорость, направление,
температура) за 3 года с временным интервалом измерении в 10мин.
Для оценки показателей ветрового потенциала местности, принято использовать анализ за
каждый год в отдельности [2].
Показатели ветровой обстановки.
Для определения скоростей ветра необходимо провести оценку основных показателей. Для
оценки была использована методика представленная в [2]. Согласно которому, основными
показателями являются:
- n – число повторений ветра в определенной градации (частота определенной скорости ветра);
- f(v) – относительная повторяемость ветра %, определяемая по формуле:
f (v) 
n
i
k
 n
j 1 j
(1)
где i – номер градации скорости ветра
k – количество градаций скорости ветра
Для f(v) справедливо условие 0>f(v)<100.
Значение удельной мощности Ne в каждой градации скоростей ветра определяется по формуле:
82
№3 2015 Вестник КазНТУ
● Те хник а лы қ ғ ылымдар
0,613 v 3  f (u)i
N e(град)i 
100
(2)
где v3i – куб скорости ветра;
f(u)i – относительная повторяемость ветра.
Под понятием «удельная мощность теоретическая» подразумевается мощность Ne,
рассчитанная при условии, что вся ветровая энергия полностью утилизируется ВЭУ, без потерь.
Для определения показателей, согласно вышеизложенным методикам, массив был разделен на
3 основных года с условиями разделения на градации скоростей ветра. В результате была получена
расчетные таблицы 1, 2 и 3.
Таблица 1. Основные показатели ветровой обстановки за 2012 год
Градации ветра
0..1
1..2
2..3
3..4
4..5
n, число попаданий в градацию
639
2152
4586
6855
9732
1,21575
4,09436
8,72526
13,0422
18,5159
0,00745
0,20078
1,444119
5,116731
14,18787
10..11
991
1,885464
15,38356
11..12
481
0,91514
9,69379
12..13
198
0,3767
5,0734
13..14
44
0,0837
1,4081
Относительная повторяемость ветра, %
Теоретическая удельная мощность градации,
Вт/м2
продолжение таблицы 1
5..6
9271
17,639
23,355
6..7
7500
14,26941
30,00271
7..8
5121
9,743151
30,57946
8..9
3233
6,151065
27,4877
9..10
1754
3,337139
20,45666
продолжение таблицы 1
14..15
3
0,005708
15..16
0
0
16..17
0
0
17…18
0
0
18..19
0
0
19...20
0
0
Сумма
52560
100
0,118086
0
0
0
0
0
184,5158
Приведенная выше таблица отражает показатели за один 2012 год, имеющей максимальную
годовую удельную мощность в 184,52 Вт/м2.
Таблица 2. Основные показатели ветровой обстановки за 2013 год
Градации ветра
n, число попаданий в градацию
Относительная повторяемость ветра, %
Теоретическая удельная мощность градации,
Вт/м2
0..1
1..2
2..3
3..4
4..5
685
1,303297
2455
4,670941
4275
8,133716
7076
13,46297
8651
16,4596
0,007989
0,229063
1,346211
5,281791
12,61217
продолжение таблицы 2
5..6
6..7
7..8
8..9
9..10
10..11
11..12
12..13
13..14
8370
7579
4990
2988
1853
1488
904
549
391
15,92496
14,41999
9,494092
5,68504
3,525562
2,831104
1,719972
1,04454
0,743926
21,08592
30,31932
29,79778
25,40513
21,61169
23,09906
18,21904
14,06746
12,51337
продолжение таблицы 2
14..15
15..16
16..17
17…18
18..19
19...20
Сумма
145
60
72
19
6
3
52559
0,27588
0,114157
0,136989
0,03615
0,011416
0
100
5,707621
2,866319
4,125652
1,292363
0,479983
0
230,0679
ҚазҰТУ хабаршысы №3 2015
83
● Те хни че ск ие науки
Приведенная выше таблица отражает показатели за один 2013 год, имеющей максимальную
годовую удельную мощность в 230 Вт/м2.
Таблица 3. Основные показатели ветровой обстановки за 2014 год
Градации ветра
0..1
1..2
2..3
3..4
4..5
n, число попаданий в градацию
595
2090
4772
6575
8505
1,12897
3,96562
9,05451
12,4756
16,1376
0,00692
0,19447
1,498612
4,894416
12,36544
Относительная повторяемость ветра, %
Теоретическая удельная мощность градации,
Вт/м2
продолжение таблицы 3
5..6
6..7
7..8
8..9
9..10
10..11
11..12
12..13
13..14
8936
7089
4805
3362
2974
1568
719
344
121
16,955
13,45085
9,117128
6,379144
5,642943
2,975163
1,36425
0,6527
0,2296
22,450
28,28162
28,61465
28,50693
34,59124
24,27444
14,451
8,7905
3,8618
продолжение таблицы 3
14..15
15..16
16..17
17…18
18..19
19...20
Сумма
98
98
34
15
3
0
52703
0,185948
0,185948
0,064512
0,028461
0,005692
0
100
3,847025
4,668863
1,942902
1,017499
0,239336
0
224,498
Приведенная выше таблица отражает показатели за один 2014 год, имеющей максимальную
годовую удельную мощность в 224,5 Вт/м2.
На рисунке 3 представлен график определяющий частоту каждого значения ветра за 3-х летний
период. В результате среднее значение скорости ветра составило 5,58 м/с с частотою в 157824 раз или
же 26304 часов.
Рис. 3. График частот скоростей ветра за 3 года.
По результатам исследований можно сказать, что данный район обладает хорошими ветровыми
ресурсами и потенциалом для выработки электрической энергии. Максимальная удельная мощность за 3
года составила 230 Вт/м2, что определяет перспективность района в плане использования энергии ветра.
84
№3 2015 Вестник КазНТУ
● Те хник а лы қ ғ ылымдар
Выводы. По результатам, проведенных измерений и вычислений, можно сказать, что данный
район относится к районам с хорошим ветроэнергетическим потенциалом Методику проведения
данных расчетов по определению ветроэнергетического потенциала можно применить также для
других районов, расположенных отдаленно от стационарных метеостанции.
ЛИТЕРАТУРА
1. РД 52.04.275 «Методические указания. Проведение изыскательских работ по оценке
ветроэнергетических ресурсов для обоснования схем размещения и проектирования ветроэнергетических
установок».
2. Елистратов В.В., Кузнецов М.В., Теоретические основы нетрадиционной и возобновляемой
энергетики, ч.1, Определение ветроэнергетических ресурсов региона. Учебное пособие. - СПб.: Изд-во
СПбГПУ, 2003. - 49с.
3. Харитонов В.П. Автономные ветроэнергетические установки. – М: ГНУ ВИЭСХ, 2006. - 275с.
REFERENCES
1. RD 52.04.275 «Metodicheskie ukazaniya. Provedenie izyskatel'skih rabot po ocenke vetroenergeticheskih
resursov dlya obosnovaniya shem razmesheniya i proektirovaniya vetroenergeticheskih ustanovok».
2. Elistratov V.V., Kuznecov M.V., Teoreticheskie osnovy netradicionnoi i vozobnovlyaemoi energetiki, ch.1,
Opredelenie vetroenergeticheskih resursov regiona. Uchebnoe posobie. - SPb.: Izd-vo SPbGPU, 2003. - 49s.
3. Haritonov V.P. Avtonomnye vetroenergeticheskie ustanovki. – M: GNU VIESH, 2006. - 275s.
Орынбаев С. А., Бекбаев А.Б., Байбутанов Б.К., Молдахметов С.С.
Оңтүстік Қазақстан аудандарының мысалында жергілікті орынның жел энергетикалық қорын
бағалау
Түйіндеме: Жұмыста Қазақстан Республикасының Жамбыл облысы Жуалы ауданы мысалында
жергілікті орынның желэнергетикалық қорын бағалау жүргізілді. Желдің мәліметтерін статистикалық өңдеу
әдістері қолданылды және жел қорын градациялар бойынша болжау жүргізілді. Желдің орташа жылдық
жылдамдығы және меншікті жылдық қуаты анықталды.
Түйін сөздер: жел энергетикалық потенциал, меншікті қуат, орташа жылдық жел жылдамдығы, жел
градациясы.
Orynbaev S. A., Bekbaev A.B., Baibutanov B.K., Moldahmetov S.S.
Wind potential assessment of area on the example of the south Kazakhstan regions
Summary. The article shows the results of the wind potential assessment studies for area on example of
Zhualynskiy district of Zhambyl region in Kazakhstan. It uses statistical methods of data processing wind in order to
objectively predict the potential for graduation. Also determined the average annual wind speed and specific annual
capacity of wind power.
Key words: wind potential, annual capacity of wind power, average annual wind speed, graduation of wind
speed.
ҚазҰТУ хабаршысы №3 2015
85