|
Technologia wykonywania pomiarów wiatru
Decydującym czynnikiem, który ma wpływ
na pracę elektrowni wiatrowej jest wiatr. To on powoduje, że turbina
obraca się i zaczyna produkować energię. Im silniejszy wieje wiatr,
tym szybszy jest ruch turbiny powodujący wzrost ilości wytwarzanej
energii.
Zanim zostanie wybudowana farma wiatrowa
niezbędna jest znajomość charakterystyki wiatru na przeznaczonym
dla niej terenie. Wiedza o średniej rocznej prędkości wiatru pozwala
na ocenę czy jakakolwiek inwestycja w określonym miejscu będzie
opłacalna.
Znając średnią siłę wiatru oraz jego dominujące
kierunki można za pomocą specjalnego oprogramowania wykonać najbardziej
optymalny projekt parku wiatrowego, zorientować się jaka będzie
produktywność planowanej farmy, a co najważniejsze jej rentowność.
Aby poznać charakterystykę wietrzności wybranego
obszaru należy przeprowadzić na nim co najmniej 12-miesięczne
pomiary. Pomiary charakterystyki wiatru wykonywane są za pomocą
specjalnie do tego przeznaczonych masztów o wysokości 40 i 50m,
wyprodukowanych przez amerykańską firmę NRG Systems. Są to osadzone
na odpowiedniej platformie, składane maszty rurowe z odciągami
przymocowanymi do podłoża za pomocą kotwic.
Instalacja każdego masztu pomiarowego jest
poprzedzana dokładną analizą mapy i inspekcją w terenie. Właściwy
wybór miejsca jest bardzo ważny z uwagi na zarówno przebieg prac
montażowych, jak i jakość pomiarów. Niezbędne jest również uzyskanie
zgody władz lotnictwa cywilnego i wojskowego oraz informacja do
gminy.
 
Rys 1. Maszt pomiarowy 40m
Maszt 40m jest wyposażony w 3 czujniki prędkości
wiatru (anemometry) zainstalowane na wysokości 40, 30 i 20m, oraz
2 czujniki kierunku wiatru na wysokości 40 i 30m. W przypadku
masztu 50m poziom zamontowania anemometrów wynosi 50, 40 i 30m,
a czujników kierunku 50 i 40m. Wraz ze wzrostem wysokości nad
gruntem wzrasta siła wiatru w związku z tym rejestracja na kilku
poziomach jest niezbędna do dokładnego obliczania średnich prędkości
wiatru, występujących np. na wysokości wirnika turbiny.
Każdy maszt posiada urządzenie rejestrujące
(logger) umieszczone w zabezpieczonej, stalowej skrzynce uniemożliwiającej
dostęp do danych osobom niepowołanym. Zasilanie energetyczne potrzebne
do zapisywania danych przez logger to dwie 9V baterie wymieniane
po 74 dniach pracy. Parametry wiatru są rejestrowane co 2 sekundy
i uśredniane co 10 minut, dzięki czemu uzyskiwany jest ciągły,
wierny zapis warunków wiatrowych w danym miejscu.
Rys 2. Fragment pliku tekstowego
z nagłówkiem
Dane rejestrowane są na "kościach pamięci"
(chipach) osadzonych w loggerze, które są zastępowane nowymi,
czystymi chipami co 36 dni (taka jest pojemność zapisu chipów).
Bardzo ważne jest pilnowanie terminów wymiany kości, aby uniknąć
choćby najmniejszej luki w pomiarach.
Rys 3. Urządzenie rejestrujące - logger
Kości pamięci zapełnione zapisem parametrów
wiatru instaluje się w połączonym z komputerem specjalnym czytniku,
za pomocą którego następuje transfer danych i ich zapis na twardym
dysku. Otrzymujemy dwa rodzaje plików z zapisem danych: pliki
tekstowe i pliki ASCII.
Pliki ASCII poddaje się analizie w oprogramowaniu
MicroSite firmy NRG Systems, czego efektem są różnego rodzaju
raporty w postaci tabel i wykresów:
Rys 4. Raport główny
Raport główny jest ogólnym zródłem informacji
o wybranym okresie pomiarów. Zawiera zapis dotyczący między innymi:
średniej prędkości wiatru na wszystkich trzech anemometrach, średnich
kierunków wiatru, najsilniejszego podmuchu jaki wystąpił podczas
pomiaru oraz jego kierunek i czas. Odczytać można także procent
danych o wartości 0 i procentowy udział ewentualnej luki w czasie
pomiarów.
- Rozkład średnich prędkości wiatru w ciągu
miesiąca
- Rozkład średnich prędkości wiatru w ciągu
doby
- Róża wiatrów
Rys 5. Frekwencja poszczególnych prędkości wiatru
oraz ich potencjał energetyczny.
Rys 6. Średnie turbulencje w ciągu miesiąca w
rozkładzie co 10 minut
Wspomniane wyżej pliki tekstowe są opracowywane
w programie WindPRO, którego producentem jest duńska firma EMD.
Do programu wprowadza się pliki z zapisem danych wiatrowych i
charakterystykę obszaru (r=20 km) na którym stoi maszt pomiarowy.
Należą do nich duże obiekty, orografia i szorstkość terenu, które
w połączeniu z danymi wiatrowymi stanowią podstawę dokładnej analizy
wiatru. Efekt takiego połączenia to model charakterystyki wiatru
danego miejsca. Można go obejrzeć w formie bardzo przejrzystych,
kolorowych raportów, zestawień oraz wykresów niosących wiele szczegółowych
i istotnych informacji.
Raport zawiera informację o średnich prędkościach
wiatru z 12 kierunków, częstotliwość występowania wiatru ze względu
na kierunek i prędkość, oraz róże: średnich prędkości wiatrów,
najbardziej energetycznych wiatrów i wiatrów najczęściej występujących
Jeden z raportów przedstawia również historię
zapisu danych, dzięki czemu można jednoznacznie stwierdzić czy
jest w nich jakaś luka, a jeśli tak to na jak długi okres rejestracja
została przerwana.
Rys . Zapis danych następuje co 10 minut, tak
więc w ciągu jednej doby powinny być 144 zapisy. Każde odstępstwo
jest od razu widoczne.
Poza możliwością obróbki i interpretacją
parametrów wiatru WindPRO służy przede wszystkim do projektowania
parków wiatrowych. Program łączy model wiatrowy z projektem parku
do którego poza konfiguracją turbin wprowadza się także charakterystykę
terenu o promieniu 20 km, po czym następuje kalkulacja produktywności
i efektywności danej farmy. Bez znajomości danych wiatrowych niemożliwe
byłoby więc oszacowanie korzyści z zamierzonej inwestycji.
Dane z pomiarów wiatru w połączeniu z programem
WindPRO mają jeszcze jedną zaletę. Mogą być zródłem informacji
i podstawą do kalkulacji produktywności każdej projektowanej w
WindPRO farmy, odległej od miejsca rejestracji danych nawet o
40 km.
Wykonanie pomiarów wiatru jest więc przedsięwzięciem,
którego rezultatem jest produkt możliwy do wielokrotnego wykorzystania.
Dane wiatrowe stanowią swego rodzaju towar o wartości rosnącej
proporcjonalnie do długości okresu jaki obejmują. Ważna także
jest ich kompletność ponieważ każda większa luka stanowi poważne
zaburzenie ciągłości i może mieć wpływ na wynik kalkulacji. Pliki
tekstowe poza programem WindPRO mogą być używane również w innych
profesjonalnych programach np. WAsP lub WindFarmer.
Szczególna zmienność klimatu na terenie Europy
przejawia się często różnicą w uzyskanej średniej rocznej prędkości
wiatru w danym miejscu. Fakt ten dowodzi, że im dłuższy okres
pomiarowy, tym bardziej wiarygodną otrzymamy średnią, a co za
tym idzie także kalkulowaną produktywność farmy.
Agnieszka
Tarasiewicz 
|
