Основной задачей моделирования ветровой активности является прогнозирование скорости ветрового потока. Используемую для моде­лирования ветровой активности климатологическую информацию при­нято разделять на три группы [Рекомендации, 1989].

К первой группе относят климатические характеристики, приме­няемые для оценки ветроэнергетического потенциала: средние много­летние скорости ветра в целом за год, по месяцам и сезонам; суточный ход ветра в различные сезоны; распределение повторяемости скорости ветра по градациям в разные сезоны и месяцы года; вертикальный про­филь ветра (изменение скорости ветра с высотой).

Вторую группу представляют данные о динамике изменения ско­рости ветра.

Третий вид информации - климатические характеристики, необхо­димые для конструирования ВЭУ (расчета элементов конструкции на прочность и надежность): максимальная скорость ветра, возможная 1 раз в определенное количество лет; интегральная повторяемость (обе­спеченность) скорости ветра выше определенного предела; характери­стики порывистости ветра.

Формы описания ветровых условий можно разделить на две группы:

• задание временных серий данных о скорости ветра [Новый аэ - роклим. ..., 1987];

• вероятностное описание.

наиболее часто используется вероятностное описание скорости ве­тра с помощью распределения Вейбулла:

где A - коэффициент масштаба; к - коэффициент формы.
Зная (V), легко вычислить среднюю скорость:

да

V = jy<pv (V )dV = АГ (1 + -),

где Г - гамма-функция.

Постоянная k (параметр формы) лежит, как правило, в интервале 1< k < 2, и, поскольку Г (2) = 1, Г (1,5) = ^п/2 , формула (18) принимает вид V ~ (1,0 ^ 0,9)A.

т е. параметр А распределения Вейбулла близок к средней скорости.

Из (19) следует также зависимость для накопленной вероятности (вероятности того, что скорость находится в интервале от 0 до V):

(19)

Использование распределения Вейбулла для прогнозирования ско­рости ветрового потока рекомендуется как в зарубежной [новый аэро - клим. ..., 1987], так и в отечественной литературе [Рекомендации..., 1989]. Другие известные формы описания распределения скорости ве­тра (Гриневича, Колодина) [Методы.1963] имеют ограниченное при­менение.

при проведении ветроэнергетических расчетов большое значение имеет описание вертикального профиля скорости ветра (зависимости скорости ветра от высоты). при этом наибольшее распространение на­ходят аппроксимации в виде степенной [Методы.1963] и логарифми­ческой функции [Берлянд, М. Е., 1985].

Степенная аппроксимация имеет вид

m

Z

Zj где V(Z) - скорость ветра на высоте Z; V(Z) - скорость ветра на исхо­дной высоте, для которой произведена обработка статистики; m - пока­затель, характеризующий вертикальный профиль и рельеф местности, является либо константой, либо переменной величиной [Новый аэро. ., 1987].

Описание вертикального профиля ветра в виде логарифмической функции имеет вид:

(21)

где Z0 - шероховатость подстилающей поверхности, значения которой классифицированы в зависимости от характеристик местности [Реко­мендации..., 1989].

Для скорости ветра характерны годовые, сезонные и суточные ва­риации для одной и той же местности, причем могут существовать и долговременные тенденции таких изменений. Поскольку энергия ве­тра пропорциональна кубу его скорости, то это заставляет с большей ответственностью относиться к анализу метеорологических данных. Для решения поставленной задачи наиболее важно определить суточ­ные изменения скорости ветра в среднем за месяц или сезон. Можно использовать данные многолетних наблюдений по статистическим ха­рактеристикам ветра из аэроклиматического справочника погранично­го слоя атмосферы [Новый аэро. ..., 1987].

P = У2р ■ A ■ V3, (22)

где P - мощность ветрового потока, Вт; р - плотность воздуха, кг/м3 (1,225 кг/м3, при обычных условиях; A - поперечная площадь сечения ветрового потока, м2; V - скорость ветра, м/с.

Если известна средняя скорость ветра, например за год, и распреде­ление скоростей ветра имеет типичный характер, то средняя мощность ветрового потока определяется из выражения

Рс = 1,17 • A •VC3, (23)

где Pc - средняя мощность ветра, Вт; Vc - средняя скорость ветра, м/с.

Современные ВЭУ способны преобразовывать только около 25 % полной мощности воздушного потока в полезную мощность, поэтому

РЮУ = 0,25 -1,17 • 4 • VC = 0,292 • Лк • Г?, (24)

где РВЭУ - мощность на выходе ветроагрегата, Вт; Ак - площадь по­верхности, ометаемой ветроколесом, м2; Vc - средняя скорость ветра на уровне ступицы ветроколеса, м/с.

Количество энергии, которую вырабатывает ветроагрегат за рас­четный период времени, можно определить следующим образом:

W = ErnxlL, (25)

1000

где W - количество вырабатываемой энергии, кВт-ч; T - расчетное вре­мя работы ветроагрегата, час.

Среднее количество энергии, которую ветроагрегат выработает за год, находится по формуле

24•365•P з

Wc Г =-------- = 2,56 • AK - VC Г, (26)

сх 1000 к сх

где Wcr - среднегодовая выработка энергии ветроагрегатом, кВтн/год; Vcr - среднегодовая скорость ветра, м/с [Ветроэнергетика, 2001].

Таким образом, для ветроагрегата среднегодовая выработка элек­троэнергии зависит от диаметра ветроколеса и среднегодовой скорости ветра.