Аннотация
Введение 3
1. Причины возникновения ветра 5
1.1 Виды ветра 6
1.2. Пространственное и временное распределение и изменчивости скорости ветра 12
1.3. Суточный и годовой ход скорости и направления ветра 14
1.4. Влияние городской застройки на ветровое поле 15
2. Физико-географическое описание Томской области и характеристика исходного материала 18
3. Статистические характеристики ветрового режима 21
3.1. Пространственное распределение скорости ветра на территории Томской области 24
3.2. Анализ связности рядов скорости ветра 29
3.3. Динамика среднегодовой скорости ветра 31
3.4. Годовой ход скорости ветра в Томской области 42
4. Оценка ветроэнергетических ресурсов Томской области 45
4.1. Ветроэнергетическая установка, ветроагрегат и ветродвигатель 46
4.2. Экологические проблемы использования ветроэнергетики 48
4.3. Оценка и анализ ветроэнергетического потенциала Томской области 50
4.4. Ветроэнергетические установки малой мощности 55
Заключение 58
Список использованной литературы 60
Ветер - одна из наиболее изменчивых метеорологических характеристик. Скорость ветра и направление значительно изменяются, если на его траектории встречаются какие-либо препятствия (обусловленные рельефом местности, растительностью, наличием водных объектов и искусственных сооружений). Влияние этих факторов характеризуют параметром шероховатости подстилающей поверхности. Изменения касаются не только ветра у поверхности земли, но и на высотах. Следовательно, данные о ветре в каких-то точках, полученные по данным метеостанций, следует использовать с учетом однородности рассматриваемой территории. Если местоположение точек не отличается от местоположения соответствующих метеорологических станций, то данные метеостанций можно распространять на расстояния до 50 километров и даже более. Даже и в условиях равнинной открытой местности две близкие друг к другу станции могут различаться по ветровым показателям в зависимости от защищенности флюгера деревьями или - зданиями, построенными в защитной зоне метеостанции. Со временем условия местоположения станций по разным причинам могут сильно меняться. В связи с этим при анализе данных о ветре необходимо уделять внимание описаниям местоположения станций, оценке степени защищенности флюгера [26].
Для успешного экономического развития общества требуется экономия топливно-энергетических ресурсов и строгое соблюдение принципов их рационального использования. Для достижения этой цели весомый вклад может внести использование возобновляемых источников энергии. Их внедрение в хозяйственный оборот позволит заметно снизить возрастающие темпы истощения топливно-сырьевой базы, снизит загрязнение окружающей среды. Одним из таких источников является энергия ветра, которая используется человеком с древних времен. На современном этапе при разработке новых технологий получения энергии ветроэнергетике также уделяется большое внимание. Несмотря на некоторые недостатки данного вида энергии, современный опыт эксплуатации ветроэнергетических установок (ВЭУ) показывает, что в ряде мест себестоимость производимой ими электроэнергии успешно конкурирует с традиционной энергетикой. Это особенно актуально в странах с ограниченными углеводородными ресурсами. Однако проблема поиска перспективных площадок для размещения ВЭУ окончательно не решена и требует целенаправленных исследований ветрового режима различных территорий [26].
Цель работы: провести исследование ветрового режима среднегодовой многолетней скорости ветра в Томской области по данным 23 станций за период с 1966 по 2016 годы.
Задачи дипломной работы:
1. Расчёт статистических характеристик скорости ветра.
2. Исследование пространственной изменчивости ветрового режима.
3. Анализ динамики скорости ветра.
4. Оценка ветроэнергетического потенциала Томской области.
Исследования ветрового режима территории Томской области показали:
1. Средние показатели ветра меняются от минимального значения на станции Ванжиль-Кынак - 1,29 м/с, до максимального значения на станции Подгорное - 3,39 м/с. Среднее значение по области - 2,5 м/с.
2. Коэффициент асимметрии на станциях меняется от минимального значения -0,02 на станции Новый Васюган, до максимального значения 1,20 на станции Томск.
3. Коэффициент эксцесса на станциях Томской области меняется в пределах от минимального значения на станции -0,55 на станции Прохорки- но, до наибольшего значения 1,65 на станции Степановка. Среднее значение коэффициента эксцесса среди станций Томской области равно 0,18.
5. Расчет коэффициента корреляции показал, что он варьируется от 0,55 до 0,76, что говорит о средней и высокой силе связи. Исключением является станция Томск. Коэффициент Корреляции с этой станцией составляет 0,38, что говорит о слабой корреляционной зависимости. Как я уже говорил в анализе, это может быть связано с тем, что станция Томск не совсем соответствует стандартным требованиям об установке метеорологических станций и вокруг неё ведётся активная застройка зданиями.
6. Сезонный ход скорости ветра на территории области достаточно стабильный из года в год, четко выражен: имеет два максимума и один минимум. Максимальные значения скорости ветра наблюдаются в весенний период, при переходе с зимнего периода к более теплому периоду (апрель, май), и при переходе с осеннего периода на зимний (ноябрь). В зимний период Томская область попадает под частое прохождение циклонов, что приводит к повышению скорости ветра. Также исследование ветрового режима показало, что наибольшие скорости ветра наблюдаются по всей длине долины реки Обь, на станциях Александровское, Прохоркино, Каргасок, Па- рабель, Колпашево, Молчаново. Это обусловлено тем, что долина Оби, практически лишена растительности и территория представлена редколесьем и лугами, имеющими меньшую шероховатость. Минимальные же значения приходятся на летний период, а именно на июль и август, когда наблюдается маленький барический градиент давления.
7. Анализ динамики годовых распределений скоростей ветра по территории показали заметное уменьшение скоростей ветра практически на всех станциях Томской области в период с 1966 по 2016 годы.
8. Оценка ветроэнергетического потенциала показывает, что дополнительная возможная удельная мощность за год может достигать следующих значений: максимум 911 мВт/м2 на станции Подгорное и минимум 88 мВт/ м2 на станции Ванжиль-Кынак. Однако в реальных условиях максимально мы можем получить 30-40% от потенциальной энергии воздушного потока.
Большая часть Томской области относится к малоперспективным и бесперспективным районами использования ВЭУ в качестве основного источника энергии. Отдельные районы территории (Александровское, Каргасок, Бакчар, Подгорное) относится к перспективным районам для использования ветровой энергии в течение всего года с помощью ВЭУ малой и большой мощности.