Введение
Глава 1. Основные положения
1.1 Характеристики ветрового режима .
1.2 Физико-географическая характеристика Приволжского федерального округа
1.3 Характеристика исходного материала
Глава 2. Ветровой режим Приволжского федерального округа (обзор литературы)
2.1. Особенности глобального распределения скорости ветра в атмосфере.
2.2. Ветер и вертикальные токи в пограничном слое атмосферы
2.7. Слабый ветер и штиль
Глава 3. Ветровой режим на территории Приволжского федерального округа
3.1 Суточный ход скорости ветра
3.2. Годовой ход скорости ветра на территории Приволжского федерального округа
3.3. Пространственное распределение средних скоростей ветра на территории Среднего
Поволжья
3.4 Годовой ход повторяемости направлений ветра на территории Приволжского федерального
округа 25
3.5. Межгодовая изменчивость скорости ветра на территории Среднего Поволжья
Глава 4. Оценка ветроэнергетического потенциала
Заключение
Литература
Приложение
Земная атмосфера находится в постоянном движении. Движение воздуха относительно земной поверхности (ветер) порождается силой давления (градиентным давлением), возникающей из-за неравномерного распределения давления в горизонтальной плоскости. В формировании конкретного типа движения большую роль играют отклоняющая сила вращения Земли (сила Кориолиса) и сила турбулентного трения. Ветер обладает скоростью и направлением и является векторной величиной. Ветер наиболее изменчивая в пространстве и во времени метеорологическая величина [26]. Основными климатическими показателями скорости ветра служат средняя скорость, повторяемость различных градаций скорости ветра, максимальная скорость ветра, повторяемость коэффициентов порывистости при различных скоростях ветра. Исследование ветрового режима имеет важное значение. Ветровой режим является составляющей частью микроклимата города в целом и отдельных его районов, позволяет судить об общей циркуляции атмосферы над данной территорией, дает возможность прогноза в комплексе с другими метеорологическими характеристиками. Ветровой режим города определяет уровень загрязнения воздуха, наличие в нем тех или иных примесей. Большое влияние ветер оказывает непосредственно на человека, точнее на его ощущения. В последние десятилетия значительно возросла антропогенная нагрузка на окружающую среду, обусловленная интенсивным развитием промышленности, энергетики, транспорта, сельского хозяйства. Окружающая среда при сжигании ископаемого топлива загрязняется выбросами вредных веществ, в том числе СО2 и аэрозолями, нарушается сложившийся веками баланс в биосфере [28]. К числу объектов, наносящих заметный ущерб природе, относятся и энергетические. Снижение воздействия этой отрасли на окружающую среду в определенной мере может быть обеспечено путем использования возобновляемых источников энергии. В настоящее время во всех странах мира используются не возобновляемые энергетические ресурсы, что, по оценке экспертов, к 2025 году может привести к их дефициту. Поэтому проблема использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) сейчас становится наиболее актуальной. Согласно [25], в ближайшей перспективе ожидается увеличение доли ветроэнергетики в общем объеме вырабатываемой энергии. Заметные успехи в этой области отмечены в таких экономически развитых странах, как Дания, Англия, Швеция, Голландия и Румыния. Однако наибольшие достижения в практическом использовании электроэнергии, производимой с помощью современных ветроэнергетических установок (ВЭУ), принадлежат 4 странам: Германии, Испании, США и Индии. Особого внимания заслуживают темпы развития ветроэнергетики в Индии: суммарная мощность всех эксплуатируемых в стране ВЭУ составляла в 1992 г. лишь 40 МВт, в 1996 г. уже 816 МВт, а в 2000 г. достигла 1200 МВт. Такой скачок в развитии ветровой энергетики Индии был осуществлен за счет мощной государственной поддержки с привлечением инвестиций международных организаций (в 1995 г. в объеме 82 млн. долларов США). Научно-техническую баз для получения обоснованных оценок технически возможного потенциала энергии ветра составили данные измерений 136 мониторинговых и 250 аэрологических станций, развернутых в Индии в соответствии со специально разработанной Национальной программой по изучению ветроэнергетических ресурсов. Для сравнения: в нашей стране число аэрологических станций, без которых невозможно правильно оценить прогнозируемый уровень использования ветровой энергии, никогда не превышало 160, и это при том, что территория СССР превышала территорию Индии почти в 6 раз, а территория РФ в настоящее время превышает ее в 4,5 раза. К тому же аэрологические измерения в атмосфере, которые позволяют получить информацию о ветровом потенциале на высотах до 200 м, производятся в России только 2 раза в сутки, что не дает надежно определить исходные климатические параметры, необходимые для использования ВЭУ [31]. В последние десятилетия все более явной становится тенденция к возрастанию превалирующей роли стран Европейского сообщества в освоении ветроэнергетических ресурсов как реальной альтернативы минеральным сырьевым ресурсам в качестве источника энергии. По некоторым данным, всего на земном шаре суммарная мощность ВЭУ составила 32 тыс. МВт, причем 3/4 приходилось на страны Европейского сообщества. Для сравнения: номинальная мощность всех четырех энергоблоков Ленинградской атомной электростанции, которая является типовой в нашей стране, равна 4 тыс. МВт. Анализ факторов, свидетельствующих об увеличении производства энергии с помощью ветра, позволяет заключить, что главная причина - необходимость оздоровления экологической обстановки, а уже потом сбережение органических минеральных ресурсов, используемых в качестве источника энергии [31]. Что касается России, наша страна тоже проявляет интерес к расширению использования возобновляемых источников энергии, где более 70 % территории с населением порядка 20 млн. человек находится в зоне децентрализованного энергоснабжения (северные и восточные регионы). Но данный момент опыт ведения работ по использованию ветроэнергоустановок пока мал. ВЭУ большой мощности имеют успешное функционирование в следующих районах: 1) на отдельных участках полуострова Чукотка; 2) в северной части Ижорской возвышенности; 3) на участке в западной части острова Котлин (западная окраина г. Кронштадта). Также ВЭУ средней мощности (около 200 кВт) работает в г. Мурманск - обеспечивает электроэнергией несколько жилых домов. Актуальным данный вопрос является и для более благоприятных в природном и климатическом отношениях регионах страны, в частности и для Приволжского федерального округа. Имеющийся к настоящему времени опыт использования ветроэнергетических ресурсов как в целом по РФ, так и в отдельных ее регионах показал, что во многих случаях ветер вполне обоснованно может считаться альтернативным источником энергии, дополняющим и даже заменяющим значительную долю энергоресурсов, полученных от традиционных источников, основанных на минеральных ресурсах, в том числе уране, и гидроресурсах [31]. Но кроме бесспорного преимущества ветровой энергетики - экологической чистоты получаемой энергии, также существует один существенный недостаток - относительно низкая плотность получаемой энергии, т.е. значительное рассеяние по территории. Анализ литературы, посвященной как изучению ветрового режима вообще, так и ветроэнергетике в особенности, свидетельствует, что территория Приволжского округа в этом отношении является менее изученной по сравнению с другими регионами России. Подтверждением этому могут служить результаты оценки климатических характеристик ветра и ветроэнергоресурсов (ВЭР), выполненные и опубликованные в различное время для Прикамья, Московской и центрально¬черноземных областей, северо-запада России, Сибири и других районов. Исследование вопросов методического характера, обработки ветровых данных для решения задач ветроэнергетики можно встретить как в работах отечественных авторов, так и зарубежных. Среди них особый интерес представляют результаты разработки ветроэнергетического кадастра (ВЭК) [5,6], оценки производительности ВЭУ и оптимального размещения их по территории [4,10]. Хотя следует отметить, что в последнее время появился целый ряд работ по изучению ветрового режима Среднего Поволжья и его отдельных территорий, структуры воздушного потока посвящен ряд работ [1,2]. В них представлены многочисленные статистические параметры скорости ветра. Тем не менее вышеназванные разработки не являются исчерпывающими для оценки ветровых ресурсов и климатического обоснования развития ветроэнергетики Приволжского федерального округа. Работы, появившиеся в последние годы, отражают в основном условия ветрового режим и величину ветровых ресурсов региона на высоте 10 м над землей. Цель работы состоит в изучении пространственно-временной изменчивости ветрового режима и оценке условий для ветроэнергетических установок (ВЭУ) на территории Приволжского федерального округа по данным восьмисрочных наблюдений за период 1966-2004 гг. на 182 метеорологических станциях. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1. Создание базы данных по скорости и направлению ветра за основные метеорологические сроки за период с 1966 г. по 2004 гг. 2. Построение графиков изменения суточного хода скорости. 3. Построение розы ветров, с целью выявления преобладающих направлений в регионе. 4. Построение карт распределения скорости ветра по территории. 5. Расчет мощности ветрового потока
В данной работе исследовался ветровой режим на территории Приволжского федерального округа по полученным данным восьмисрочных наблюдений за период 1966 - 2004 гг. В результате проделанной работы мною были сделаны следующие выводы:
Наиболее высокие скорости ветра наблюдаются на выпуклых формах рельефа и в мало защищенных условиях. Наименьшие скорости ветра наблюдаются на защищенных станциях, находящихся в вогнутых формах рельефа.
В суточном ходе скорости ветра максимум наблюдается после полудня, минимум - ночью. Амплитуда его примерно соответствует половине среднего суточного значения скорости. Суточный ход хорошо выражен в теплое время года и слабо в холодное.
Наибольшая повторяемость штилей и слабых ветров, со скоростями 3 м/сек и менее, наблюдается в летние месяцы в ночное время.
В течение года преобладают ветры со скоростью 2-5 м/сек при максимуме повторяемости летом. Сильные ветры по мере возрастания их скорости наблюдаются реже.
Средняя месячная скорость ветра весной слабее зимней и на большей части территории равна 3,8-4,8 м/с. Летом средние месячные скорости ветра не превышают 4,0-4,5 м/с. Осенью средние скорости ветра возрастают до 3-5 м/с. Наибольшие скорости наблюдаются в осенние, зимние и весенние месяцы (максимум в марте), наименьшие - летом.
В годовом ходе характерен двухвершинный вид кривой за дневные сроки с весенним и осенними максимумами.
В течение года преобладающими для всей территории региона являются ветры западной четверти. В летний период преобладание имеют ветры северного, северо-западного и немного реже западного направлений. В зимний период хорошо выражено преобладание ветров южной четверти.
Межгодовая изменчивость скорости ветра в регионе наиболее выражена в зимние месяцы.
Выполненные расчеты элементов ветрового кадастра Приволжского федерального округа и анализ их результатов позволили выявить районы с различным фоновым режимом ветра. Наибольшие ветроэнергетические ресурсы сосредоточены в центральной и юго-восточной частях.
Ветроэнергетический потенциал округа варьирует согласно величине удельной мощности на уровне 10 м в пределах 4-128 Вт/м2.
Проведенный анализ показал, что на территории Приволжского федерального округа возможно использование ветроэнергетических установок . Но при этом важно учитывать преобладающее направление ветра, т.к. этим направлениям соответствуют ветры, обладающие наибольшей повторяемостью больших скоростей.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
