ОЦЕНКА ВЕТРОВЫХ РЕСУРСОВ АРАВИЙСКОГО ПОЛУОСТРОВА И ВОЗМОЖНОСТЬ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЦЕЛЯХ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ

Краткое содержание

         У вступі надаються передбачені діючим положенням ВАК України відомості про актуальність теми дисертаційної роботи, її зв'язок з науковими програмами, темами, формулюються мета та задачі дослідження, наводиться новизна та практичне значення роботи, надаються відомості про апробацію одержаних результатів, особистий внесок дисертанта та його наукові праці.

         В першому розділі описуються фізико-географічні особливості і метеорологічний режим Аравійського півострова. Циркуляційні умови характеризуються формуванням над півостровом області високого тиску  в зимовий сезон. В літній період переважаючою рисою баричного поля в результаті інтенсивного прогрівання суші є термічна депресія, поглиблення якої відбувається з середини травня до середини липня, а до середини вересня вона поволі заповнюється. В перехідні періоди баричне поле не представляє чітко виражених утворень високого або низького тиску. Характер баричних утворень і їх сезонна зміна визначає і характер вітрового режиму. Середня річна швидкість вітру порівняно невелика і на самому півострові не перевищує 5 м/с. В південних областях півострова чітко виражена мусонна циркуляція.  

В другому розділі розглядається стан і перспективи розвитку вітроенергетики в світі. Довгий час розвиток вітроенергетики стримувалося відносно високою ціною установок, їх складністю в обслуговуванні, частими поломками і нестабільністю вироблення електрики. Зроблені технологічні удосконалення, зниження вартості, безкоштовний і відновлюваний характер джерела енергії підготували грунт для швидкого зростання даного сектора енергетики. Потужність вітроенергетичних установок в світі за станом на березень минулого року досягла 47616 мВт. За даними Всесвітньої вітроенергетичної асоціації п'ять країн - Німеччина, Іспанія, США, Данія і Індія - домінують на світовому ринку з більш ніж 37 ГВт встановленої потужності ВЕУ.

Окремі підрозділи присвячені різним аспектам інженерних досліджень за оцінкою вітрових ресурсів. Звичайно визнається, що ВЕУ працює вельми обмежений час внаслідок її простою при швидкостях менш швидкості «чіпання» і максимальних швидкостей. Існують також «недобори» потужності унаслідок поступового виходу на «робочий режим». Для кожної ВЕУ ці «граничні значення» швидкостей, як і потужність, що знімається, для кожного діапазону швидкості – розрізняються. В цьому і полягає задача досліджень – знайти місця, де найбільш доцільно будувати ВЕУ і вибрати найефективнішу установку. При цьому вплив місцевих неоднорідностей підстильної поверхні, зокрема рельєфу і крупних водоймищ призводить до мінливості кліматичних вітроенергетичних ресурсів на малих відстанях.

Важливий аспект оцінки вітрових ресурсів пов'язаний з тим, що висота вітроколеса виявляється вище за рівень вимірювання вітру на метеостанціях, а вітер з висотою змінюється, що означає, що всі оцінки вітроресурсів, виконані на рівні вітровимірювача, виявляються неадекватними реальним швидкостям вітру в даній місцевості. Звідси слідує вельми важливий аспект в інженерних вишукуваннях вітроресурсів - це відновлення вертикального профілю вітру або уточнення оцінок вітроресурсів, зроблених по стандартних вітрових вимірюваннях. Звичайно з цією метою використовується будь-яка модель для відновлення вертикального профілю вітру на рівень вітроколеса за даними стандартних спостережень або вводяться будь-які поправки в отримані оцінки вітроресурсів.

З іншого боку, з самого початку розвитку вітроенергетики виникали питання про можливу шкоду, що наноситься ВЕУ людині і представникам фауни. Останнім часом з'явилося ряд публікацій, в яких детально аналізуються результати роботи ВЕУ в багатьох країнах саме в цьому аспекті. Згідно цим дослідженням не знаходять підтвердження раніше зроблені песимістичні висновки про шкоду ВЕУ. В даний час частота обертання ВЕУ потужністю 1-2 МВт складає від 10 до 30 об/хв, а це означає, що лопасті достатньо повільно обертаються, і тому не мають загрози для птахів. Крім того, законодавством європейських країн заборонено встановлення ВЕУ на відстані менше 400 м від об’єктів життєдіяльності, щоб не було впливу шуму від діючих вітряків.

В третьому розділі аналізувалися поля приземного вітру, що є полями об'єктивного аналізу (ОА) Британської метеослужби за 00 і 12 ГСЧ. В першому параграфі дана характеристика використаного матеріалу і методи його обробки. Нами були прийняті дані об'єктивного аналізу з червня 1999р. по вересень 2005 р. Робоча область обмежувалася координатами 34°34.8¢ - 60°25.8¢ с.д. і 29°43.2¢ - 10°16.8¢ півн.ш., що склало 36´32=1152 вузла сітки. Крок по меридіану складав 62,3 км, а уздовж круга широти – від 80 до 91 км. Спочатку дані за один строк перетворювалися до матричного вигляду, в якому стовпці містили значення величин уздовж меридіанів, а рядки – уздовж кругів широти. Таким чином були сформовані файли даних ОА за 00 і 12 ГСЧ для конкретного місяця. Далі здійснювався розподіл отриманих масивів по рівнях ізобаричних поверхонь за кожний строк всього періоду обробки. Для вітру були використані поля на рівні 10 м, а для температури, тиску/висоти ізобаричної поверхні – на шести поверхнях (у земної поверхні, 1000, 950, 925, 850 і 700 гПа).

Наступний етап представляв вже власне статистичну обробку приземних полів вітру. З цією метою формувалася вибірка значень модуля швидкості вітру і напряму вітру в кожному вузлі сітки за весь період за термін 00 або 12 ГСЧ. Для швидкостей на рівні 10 м нами були розраховані наступні статистичні характеристики:

·        середньо місячні і середньорічні значення;

·        середнє квадратичне відхилення, коефіцієнти асиметрії і ексцесу;

·        число днів з штилем;

·        рози вітрів і пануючі напрями;

·        вірогідність швидкостей менше 2 або 5 м/с, більше 7, 10 і 15 м/с.

Визначення повторюваності окремих напрямів вітру здійснювалося по восьми румбах, тобто для 45° секторів. Штилем вважалися швидкості вітру менше 0,5 м/с. У ряді випадків оцінювався середній вектор швидкості вітру. Для цього розраховувалося арифметичне середнє складових швидкості вітру, визначався модуль і обчислювався відповідний кут напряму вітру. Емпіричні розподіли швидкостей апроксимувалися відомими теоретичними розподілами.

Враховуючи ту обставину, що вітер був пов'язаний з розподілом тиску, на початку другого параграфа були розглянуті особливості розподілу приземного тиску і полів середнього вектора вітру. Сумісний аналіз цих полів показав, що отримані розподіли добре відповідають фізико-географічним особливостям півострова, циркуляційним особливостям сезонів, що свідчить про те, що використання даних об'єктивного аналізу дозволяє отримувати достовірну інформацію про вітер в приземному шарі на території півострова.