Analiza warunków anemologicznych dla potrzeb energetyki wiatrowej

Ocena potencjału energetycznego wiatru dla miejsca lokalizacji przyszłej elektrowni wiatrowej jest jednym z pierwszych, niezbędnych kroków w realizacji całej inwestycji. Tylko poprawnie wykonana analiza może dostarczyć wiedzę o tym czy przedsięwzięcie przyniesie w przyszłości wymierne korzyści ekonomiczne. Artykuł traktuje o ważniejszych elementach oceny warunków wiatrowych i zwraca uwagę na często popełniane błędy i zagrożenia.

1. Meteorologia w energetyce odnawialnej

W literaturze światowej powszechnie używany jest termin wind power meteorology. Termin ten nie doczekał się polskiego odpowiednika, być może z uwagi na to, że energetyka wiatrowa w Polsce ciągle znajduje się w początkowym stadium rozwoju. Meteorologia w energetyce wiatrowej jest dyscypliną, która rozwinęła się pod wpływem zapotrzebowania na tego rodzaju wiedzę. Pokrótce można ją określić jako stosowaną dynamikę przepływów, bądˇ jako dziedzinę stanowiącą połączenie meteorologii i klimatologii stosowanej w pewnych spektrach obu tych nauk.

Dziedzina ta koncentruje się na trzech głównych zagadnieniach:
- na ocenie lokalnych warunków wiatrowych,
- na ocenie regionalnych zasobów energii wiatru,
- na krótkoterminowym prognozowaniu potencjału energetycznego wiatru

Podstawą realizacji każdych z tych działań jest wysoka jakość kolekcjonowanych danych wiatrowych, poddawanych profesjonalnej ocenie jakościowej i merytorycznej. Energetyka wiatrowa wymaga bowiem wysokiej dokładności i solidności pomiarów wiatru. Nawet niewielkie odchylenie od poprawnego pomiaru prowadzi w rezultacie do dużego błędu w ocenie potencjału energetycznego wiatru i przyczynia się do zwiększenia ryzyka inwestycyjnego.

Wiatr jest bardzo dynamicznym elementem klimatu, zależnym od charakteru cyrkulacji ogólnej, a w obszarach o urozmaiconej rzeˇbie terenu dodatkowo silnie modyfikowanym przez warunki lokalne. Decydujący wpływ na jego prędkość ma wysokość i forma terenu, a w drugiej kolejności przeszkody terenowe i szorstkość podłoża. Do wykorzystania energii wiatru szczególne predestynowane są wierzchołki wzniesień, przełęcze o osi równoległej i grzbiety o osi prostopadłej do przeważającego kierunku wiatru. Niewskazane jest natomiast lokalizowanie farm wiatrowych w dnach zamkniętych form depresyjnych (dolin i kotlin śródgórskich) ze względu na podwyższoną częstość inwersji termicznych. Z występowaniem inwersji nieodłącznie związane jest wyraˇne obniżenie prędkości wiatru aż do ciszy atmosferycznej. Zważywszy, że w naszej strefie klimatycznej w przebiegu rocznym właśnie w miesiącach zimowych notowane są największe prędkości wiatru, zlokalizowanie elektrowni wiatrowych w miejscu objętym ich częstym wpływem przyczyniłoby się do nieefektywnego wykorzystania mocy. Współczesne konstrukcje nie powinny być również sytuowane w regionach o dużym oblodzeniu atmosferycznym (sadz), silnych porywach wiatru i dużej częstości występowania wyładowań atmosferycznych [1].

W Polsce, przy obecnych warunkach ekonomicznych i technicznych, za teren przydatny do wykorzystania energii wiatru uznaje się taki, dla którego średnia roczna prędkość wiatru na 70m n.p.g. jest nie mniejsza niż 6 m/s. Zważywszy na tempo postępu technologicznego w branży energetyki wiatrowej oraz możliwości zmian prawnych, obszary korzystne w aspekcie wykorzystania wiatru szybko będą się poszerzały.

2. Pomiar wiatru na potrzeby energetyki wiatrowej [ oferta firmy EPA ]

Przyjęte standardy europejskie mówią, że pomiary prędkości i kierunku wiatru przeprowadza się w wybranym miejscu przez okres nie krótszy niż jeden rok. Warunek ten może być spełniony tylko wtedy, gdy w relatywnie niewielkiej odległości znajduje się reprezentatywna dla regionu stacja meteorologiczna z długoletnią serią pomiarową. Jeżeli jednak nie ma możliwości porównania zebranych danych z wieloleciem, zalecane jest wydłużenie okresu pomiarowego do dwóch lat i więcej. Im pomiary trwają dłużej tym łatwiej rozpoznać specyfikę danego miejsca pod względem wiatrowym. Ze względu na to, że odległość, na którą można ekstrapolować dane z pojedynczego punktu jest odwrotnie proporcjonalna do wysokości względnych terenu, stopnia złożoności rzeˇby i szorstkości podłoża na danym obszarze, najlepiej maszt pomiarowy usytuować dokładnie w miejscu przyszłej lokalizacji turbiny wiatrowej. Wysokość masztu w zasadzie nie powinna być niższa niż 30-40m. Optymalną jest wysokość na jakiej zainstalowana będzie oś turbiny. W ten sposób określić można rzeczywiste warunki wiatrowe dla przyszłej elektrowni, eliminując możliwość popełnienia błędu związanego z ekstrapolacją danych na wyższe wysokości. Przeciwko takiemu rozwiązaniu przemawiają dwa argumenty:

- wysokość osi wirnika elektrowni wiatrowej często nie jest znana przed instalacją
- instalacja masztu 70-100 metrowego pociąga za sobą ogromne koszty.

W każdej z wybranych opcji zalecane jest zainstalowanie wysokiej klasy wiatromierzy na dwóch lub więcej poziomach nad gruntem. Informacje o wietrze zebrane na różnych poziomach pozwalają na określenie pionowego profilu wiatru, a tym samym na poprawną ekstrapolację danych na wyższe wysokości. Zbieranie danych o kierunku i prędkości wiatru odbywa się w sposób automatyczny. Dane te gromadzone są w pamięci stacji automatycznej (tzw. loggerze) zwykle na poziomie wielkości średnich 10-minutowych lub średnich godzinnych. Wyczytywanie danych powinno odbywać się w odstępach nie dłuższych niż miesięcznych. Tak przygotowane informacje są kompletne do poddania ich analizie statystycznej.

Literatura

[1] Łukomska A Migała K. Sobik M. (1998) Potencjał energetyczny wiatru w obszarach o urozmaiconej rzeˇbie terenu na przykładzie Lubawki (woj. jeleniogórskie), materiały konferencyjne: Ogólnopolskie Forum Odnawialnych Źródeł Energii, V konferencja Naukowo-Techniczna, Gdańsk 13-15.10.1998

[2] Petersen E.L. Mortensen N.G. Landberg L. Hojstrup J. Frank H.P. (1998) Wind power meteorology. Part I: Climate and turbulence, Wind Energy, 1., 25-45

[3] Troen I. Petersen E.L. (1989) European Wind Atlas, Risoe National Laboratory, Roskilde, Dania

[4] Mortensen N. Landberg L. Troen I. Petersen E. (1993) Wind Atlas Analysis and Application Program (WASP), Risoe National Laboratorium, Rsokilde, Dania, 199

Wszelkie prawa zastrzeżone.
Created by Paweł Premicz 2000-2006 KVM