Проблема энергосбережения и электрообеспечения сегодня стоит довольно остро, так как промышленность и технологии постоянно развиваются, требуя для своего функционирования огромные энергетические ресурсы. Также, происходит постоянный рост численности населения. Как следствие, данные явления приводят к необходимости существенного увеличения расходов электроэнергии. Основной проблемой, касающейся этого вопроса, является то, что основными источниками энергии в современном мире, по-прежнему являются такие традиционные виды: нефть, уголь и газ. Их использование влечёт за собой ряд таких довольно серьёзных проблем и недостатков как рост выбросов углекислого газа, увеличение ростов исчерпаемости сырья, многократное нанесение широкомасштабного ущерба окружающей среде. Для решения большинства этих проблем имеет смысл рассматривать увеличение объёма использования альтернативных источников электроэнергии. Одним из таких источников является ветер. Использование энергии, вырабатываемой ветром, может существенно улучшить качество жизни во всём мире.
Целью данной работы является оценка ресурсного потенциала ветроэнергетики Санкт-Петербурга и Ленинградской области.
Для выполнения цели были поставлены следующие задачи:
• Изучить литературные источники по исследуемой теме;
• Рассчитать скорости ветра на высотах до 2 км по сезонам и в среднем за годовой период;
• Рассчитать периоды простоя ВЭУ на основе вычисления повторяемости скорости ветра <4 и >25 м/с;
• Рассчитать и проанализировать преобладающие направлений ветра на высоте флюгера и на оптимальных высотах;
• Выявить оптимальные для установки ВЭУ места по карте высот с помощью геоинформационной системы QGIS.
Оценка и анализ произведены на основе материалов аэрологических зондирований атмосферы, выполняемых на базе станции Воейково (Ленинградская область) на всём протяжении 2021-го года.
На сайте университета Вайоминга были получены данные:
1) 80-ти зондирований за 4 годовых сезона;
2) 1022-х измерений на различных высотах;
3) По ночным и дневным срокам.
Статистический анализ данных был выполнен с помощью программы Excel, пространственный анализ с помощью геоинформационной системы QGIS.
Выпускная квалификационная работа состоит из двух глав, 4 таблиц и 31 рисунка.
В первой главе описываются особенности традиционных и альтернативных источников энергии, ветроэнергетика в различных странах, а также в Российской Федерации, виды ветроэнергетических установок, их технические характеристики и ветровой режим Ленинградской области.
Во второй главе представлены данные по классификации скоростей ветра, проведен расчёт и оценка сезонной повторяемости скоростей и направлений ветра на различных высотах, смоделирован вертикальный профиль скорости, построены розы ветров по станционным и высотным данным по ветру, а также выполнен подбор оптимальных высот с преобладанием номинальных скоростей ветра.
В третьей главе был выполнен пространственный анализ территорий, рассчитаны высотные и экспозиционные данные по некоторым районам Ленинградской области, произведён выбор конкретной модели ветроэнергетической установки, рассчитана её электроэнергетическая выработка без учёта и с учётом оптимальных высот.
Ветроэнергетический потенциал Санкт-Петербурга и Ленинградской области будет реализован наиболее эффективно в случае создания мобильных ВЭУ с изменяемой высотой ротора, способных разворачиваться перпендикулярно направлению ветра и подниматься на высоту, где в данный момент присутствует номинальный по скорости ветер. В результате выполнения данной работы, удалось установить, что:
1) От установки ВЭУ на стандартную высоту около 100 м в Ленинградской области эффекта не будет, вследствие большого времени простоя из-за высокой повторяемости скорости ветра меньше 4 м/с.
2) Наибольший ветроэнергетический потенциал для установки стационарных ВЭУ имеет высота 500 метров при западно-северозападном направления ветра, так как на ней время простоя ВЭУ составит 8,5%, время эффективной работы ВЭУ в номинальном режиме составит 34%, общее время работы ВЭУ — 57,5%.
3) На высоте 500 м парк из 500 усовершенствованных ВЭУ модели Vestas V174-9.5 теоретически сможет вырабатывать 76000 МВт в год.
4) Для достижения наибольшей эффективности работы ВЭУ в Ленинградской области, направление ротора после зимнего периода рекомендуется менять с Западного на Западно-Юго-Западное.
В работе был проанализирован характер скорости и направления ветров по высотам в некоторых районах Ленинградской области, а также их орографические факторы. Помимо вышеперечисленных данных, также существует множество других, весьма важных и необходимых для расчёта установки ВЭУ факторов, включающих в себя информацию о качестве и характере почво-грунтов, технические возможности эксплуатации существующих моделей ВЭУ, расчёт площадных параметров установки, максимально допустимые конструкционные нагрузки. Благодаря их обработке и анализу, можно значительно повысить эффективность роботы ветроэнергетических генераторов.
