Безвина АА.WINDPROdocx. СанктПетербургский политехнический университет Петра Великого
 Скачать 1.2 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» Инженерно-строительный институт Высшая школа гидротехнического и энергетического строительства РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА на тему: «Проектирование объектов возобновляемой энергетики в условиях ограниченной природно-климатической информации с использованием специального программного комплекса WindPro3.4» по дисциплине «Оборудования и сооружения возобновляемой энергетики»
«___» ______ 2021 г. Санкт-Петербург 2021 Содержание1Цель и задачи работы 3 2Общие сведения о программном продукте Windpro 4 3Загрузка исходного ряда измерений с метеостанции города Мурманск 5 4Создание цифровой модели рельефа 7 5Создание цифровой модели шероховатости подстилающей поверхности 9 6Синтезирование ряда многолетней статистики наблюдений за ветром 10 7Выбор типа ВЭУ 13 Проанализировав возможные площадки для строительства была определена площадка в месте небольших ветроэнергетических ресурсов (около 5.5-5.8 м/с на высоте какой?) – на расстоянии менее 1 км от населенного пункта. При составлении границ площадки учитывались: рельеф местности, кадастровые границы, и расположение земельных участков, находящихся в частной или муниципальной собственности – целостность отдельных участков нарушена не была; рассмаПроанализировав возможные площадки для строительства была определена площадка в месте небольших ветроэнергетических ресурсов (около 5.5-5.8 м/с на высоте какой?) – на расстоянии менее 1 км от населенного пункта. При составлении границ площадки учитывались: рельеф местности, кадастровые границы, и расположение земельных участков, находящихся в частной или муниципальной собственности – целостность отдельных участков нарушена не была; рассматривались только участки, на которых нет строений. 15 Выводы 16 Список литературы 17 Цель и задачи работыВ работе будут решены следующие задачи: 1. выполнение предварительной оценки ветроэнергетических ресурсов в г. Мурманск на основе анализа исходных климатических данных; 2. уточнение ветроэнергетических ресурсов (ВЭР) путем моделирования ветрового потока с помощью ПО WindPro; 3. выполнение расчета карт ветроэнергетических ресурсов и средних скоростей ветра в ПО WindPro и определение на их основе участков с наибольшими ветровыми энергоресурсами; 5. подбор ветроэлектрических установок и их компоновки для работы в составе ветроэлектрической станции. Общие сведения о программном продукте WindproWindPRO – это пакет программ, разработанный компанией EDM International A/S и используемый для проектирования ветропарков. Он служит для определения ветроэнергетических ресурсов, расчета выработки электроэнергии ВЭУ, ее акустического воздействия на окружающую среду и т.д. При его разработке использовался более чем 30 летний опыт строительства ветроэнергетических установок в Европе. При расчете природного и технического ветропотенциала программа учитывает рельеф местности, шероховатость подстилающей поверхности, отдельные препятствия и существующие ВЭУ. Загрузка исходного ряда измерений с метеостанции города МурманскОдним из основных источников данных для наиболее точной оценки ВЭР в WindPro являются многолетние натурные данные почасовых наблюдений за скоростью и направлением ветра на предполагаемой территории строительства ВЭС. Минимальный период наблюдений должен быть не менее 1 года. Для расчетов рекомендуется применять максимально возможный для загрузки ряд данных. Натурные многолетние данные были загружены и обработны (удалены пустые строки и повторяющиеся значения, удалены лишние столбцы и была произведена замена текстовых ячеек в столбце направление ветра «DD» на числовые) из базы данных RP-5 для метеостанции, расположенной в городе Мурманск, с периодом наблюдений с 2013 по 2021 гг. на высоте 10 м. Метеоданные RP-5 были импортированы в WindPro путем их форматирования в необходимый формат (.txt с разделителями табуляции).  Рис. 11 Результат загрузки исходных метеоданных  2 Данные реанализа CFSR-E (на высоте 10 м) и MERRA-2 (на высоте 50 м) были получены из онлайн баз данных, доступ к которым предоставляется внутри самой программы (рисунок 2).   Рис. 32 Сетки узлов баз реанализа CFSR-E и MERRA-2  4 Для достоверной оценки ВЭР выбор используемой базы реанализа должен быть обусловлен наилучшей сходимостью её с данными натурных краткосрочных наблюдений (в нашем случае это данные RP-5). Для этого в программе WindPro были посчитаны коэффициенты корреляции данных CFSR-E и MERRA-2 с натурными данными RP-5. В результате определо, что коэффициент корреляции у MERRA-2 наибольший и поэтому она была выбрана в качестве расчетной. Сравнительная характеристика источников метеоданных приведена в таблице 1. Таблица 11 Сравнительная характеристика источников метеоданных
Создание цифровой модели рельефаСледующими основными исходными данными для оценки ВЭР в программе WindPro являются карты рельефа (орографическая модель) и шероховатости местности. Орография — это перепады высот местности. В большинстве мест на Земле орография оказывает большое влияние на ветровые ресурсы. Например, орографические объекты, такие как холмы, долины, скалы, откосы и гребни, влияют на ветровой поток и его характеристики. Возле вершины, гребня холмов и хребтов ветровой поток усиливается, а у подножия холмов и хребтов, а также в долинах он обычно замедляется. Следующими основными исходными данными для оценки ВЭР в программе WindPro являются карта рельефа и шероховатости местности. Из базы данных «SRTM: Shuttle DTM 3-arc second», доступ к которой предоставляет WindPro, была загружена карта рельефа с границами 50х50 км вокруг предполагаемой площадки и шагом горизонталей 5 м  (рисунок 3). Рис. 53 Карта рельефа местности с шагом горизонталей 5 м  6 Создание цифровой модели шероховатости подстилающей поверхности Шероховатость — это длина шероховатости поверхности местности, которая оказывает большое влияние на ветровой ресурс. Цифровая модель шероховатости создана на основе топографических карт местности и онлайн-карт. Шероховатость подстилающей поверхности учитывается с помощью инструмента AreaObject. AreaObject может быть загружен из уже готового файла, или создан прямо в WindPRO. При создании областям присваиваются различные классы шероховатости. Для проверки загружаемых значений можно воспользоваться онлайн базой данных globalwindatlas.info, где во вкладке “Roughness Length”, при наведении на рассматриваемую область, система показывает значение длины шероховатости подстилающей поверхности в метрах.   7 Рис. 84 Заданные типы шероховатости Синтезирование ряда многолетней статистики наблюдений за ветромДля получения ряда многолетней ветровой статистики было выполнено сопоставление полученных натурных измерений с многолетними данными, путем проведения корреляционного MCP (Measure-Correlate-Predict) анализа. В качестве многолетнего ряда были использованы данные базы реанализа MERRA-2. В результате МСР анализа был синтезирован ряд многолетней статистики с 01.01.1991 по 01.01.2021.   9 Данные реанализа находятся далеко от расчетной точки. Для решения данной проблемы в WindPro предусмотрен вычислительный инструмент STATGEN, который использует данные о шероховатости, рельефе местности и метеоданные для создания статистики ветрового потока в желаемой точке. Расчет STATGEN произведен на основе данных реанализа MERRA-2 в центре предполагаемой площадки. Результаты расчета представлены на рисунке 5. Рис. 105 Результаты расчетов STATGEN По данным розы ветров можно сделать вывод, что преимущественным направлением движения ветровых потоков является юго-юго-западное. Для построения карт средних скоростей ветра и удельных плотностей ветрового потока применен расчетный модуль RESOURCE, который использует карты рельефа и шероховатости местности, а также результаты расчета STATGEN.   11 Рис. 126 Карта удельной плотности ветрового потока MERRA-2   13 Рис. 147 Карта средних скоростей ветра MERRA-2 На основании построенных карт распределения средних скоростей ветра и удельной плотности ветрового потока определены перспективные площадки строительства Таблица 2 возможные площадки для строительства ВЭС
Проанализировав возможные площадки для строительства, была определена площадка №2 с наибольшими значениями выработки и КИУМ. При составлении границ площадки учитывались: рельеф местности, кадастровые границы, и расположение земельных участков, находящихся в частной или муниципальной собственности – целостность отдельных участков нарушена не была; рассматривались только участки, на которых нет строений. Выбор типа ВЭУ В работе использованы ВЭУ типа EWT DW54-500 (EWT B.V. Нидерланды).  Для расчета ветроэнергетического потенциала в программе предусмотрено несколько модулей. В расчетном модуле PARK производится расчет основных показателей проектируемой ВЭС: выработки электроэнергии за год, а также коэффициента использования установленной мощности. 15  16Рис. 1.178 Результаты расчета ВыводыНа основе исследований по выбору компоновки ВЭС и расчета ее выработки в программе WindPRO можно сделать следующие выводы: Исходный ряд наблюдений за период 01.01.1991 по 01.01.2021 получен с сайта rp5.ru, обработан и загружен в программный продукт WindPRO. Построены орографическая модель местности и цифровая модель шероховатости подстилающей поверхности. На основе данных с метеостанции синтезирован ряд многолетней ветровой статистики с, среднемноголетняя скорость на высоте 50 м в точке расположения метеостанции составила 5,6 м/с. Выбран тип ВЭУ EWT DW54-500. Построена карта распределения ветровых ресурсов на рассматриваемой территории на высоте 50 м. Удельная мощность ветрового потока составляет 171–327 Вт/м2. На основе карты ВЭР выбрана компоновка ВЭС с выработкой 1045,6 МВт∙ч/год и КИУМ 23,9%. Список литературыРасписание погоды [Электронный ресурс] https://rp5.ru (Дата обращения 14.10.2020); Васильев Ю.С., Елистратов В.В., Сидоренко Г.И. Моделирование и оценка гидроэнергетических, ветроэнергетических и биоэнергетических ресурсов региона. Энергетика в глобальном мире: сб.тез.докл. первого междунар.научн.-технич. конгресса. –Красноярск. 16-18 июня 2010. с.144-145. |
