Степенной закон профиля ветра

Степенной закон профиля ветра представляет собой соотношение между скоростями ветра на одной высоте и на другой.

Определение

Соотношение степенного закона профиля ветра:

{\frac {u}{u_{r}}}={\bigg (}{\frac {z}{z_{r}}}{\bigg )}^{\alpha }

где $u$ скорость ветра (в метрах в секунду) на высоте $z$ (в метрах) и $u_{r}$ - известная скорость ветра на эталонной высоте $z_{r}$ . Показатель ( $\alpha$ ) — коэффициент, полученный эмпирическим путем, который варьируется в зависимости от стабильности атмосферы. Для нейтральной устойчивости условий $\alpha$ составляет примерно 1/7, или 0,143.

Чтобы оценить скорость ветра на определенной высоте z , соотношение следует изменить на

u=u_{r}{\bigg (}{\frac {z}{z_{r}}}{\bigg )}^{\alpha }

Значение 1/7 для α обычно считается постоянным при оценках ветровых ресурсов, поскольку различия между двумя уровнями обычно не настолько велики, чтобы вносить существенные ошибки в оценки (обычно < 50 м). Однако когда используется постоянный показатель степени, он не учитывает шероховатость поверхности, смещение штилевых ветров от поверхности из-за наличия препятствий (т. е. смещение нулевой плоскости) или устойчивость атмосферы. ^[1]^[2] В местах, где деревья или конструкции препятствуют приземному ветру, использование постоянного показателя степени 1/7 может дать весьма ошибочные оценки, и логарифмический профиль ветра предпочтительным является . Даже в условиях нейтральной стабильности показатель степени 0,11 более подходит для открытой воды (например, для морских ветряных электростанций), чем 0,143. ^[3] который более применим на открытых поверхностях суши.

Пределы

Профиль ветра пограничного слоя атмосферы (от поверхности до высоты около 2000 метров) обычно имеет логарифмический характер и лучше всего аппроксимируется с помощью уравнения профиля ветра , которое учитывает шероховатость поверхности и стабильность атмосферы . Зависимости между приземной мощностью и ветром часто используются в качестве альтернативы логарифмическим характеристикам ветра, когда информация о шероховатости поверхности или устойчивости недоступна.

Приложения

Степенной закон часто используется при ветровой энергии. оценке ^[4]^[5] где скорость ветра на высоте турбины ( $\geq$ 50 метров) должны оцениваться на основе наблюдений приземного ветра (~ 10 метров) или когда данные о скорости ветра на различных высотах должны быть скорректированы до стандартной высоты. ^[6] перед использованием. Профили ветра создаются и используются в ряде моделей рассеивания атмосферных загрязнений . ^[7]

Плотность энергии ветра

Оценки плотности мощности ветра представлены по классам ветра от 1 до 7. Скорости представляют собой средние скорости ветра за год, ^[8] хотя частотное распределение скорости ветра может обеспечивать разную плотность мощности при одной и той же средней скорости ветра. ^[9]

Сорт	10 м (33 фута)		30 м (98 футов)		50 м (164 фута)
Сорт	Плотность мощности ветра (Вт/м ²)	Скорость м/с (миль/ч)	Плотность мощности ветра (Вт/м ²)	Скорость м/с (миль/ч)	Плотность мощности ветра (Вт/м ²)	Скорость м/с (миль/ч)
1	0 - 100	0 - 4.4 (0 - 9.8)	0 - 160	0 - 5.1 (0 - 11.4)	0 - 200	0 - 5.6 (0 - 12.5)
2	100 - 150	4.4 - 5.1 (9.8 - 11.5)	160 - 240	5.1 - 5.9 (11.4 - 13.2)	200 - 300	5.6 - 6.4 (12.5 - 14.3)
3	150 - 200	5.1 - 5.6 (11.5 - 12.5)	240 - 320	5.9 - 6.5 (13.2 - 14.6)	300 - 400	6.4 - 7.0 (14.3 - 15.7)
4	200 - 250	5.6 - 6.0 (12.5 - 13.4)	320 - 400	6.5 - 7.0 (14.6 - 15.7)	400 - 500	7.0 - 7.5 (15.7 - 16.8)
5	250 - 300	6.0 - 6.4 (13.4 - 14.3)	400 - 480	7.0 - 7.4 (15.7 - 16.6)	500 - 600	7.5 - 8.0 (16.8 - 17.9)
6	300 - 400	6.4 - 7.0 (14.3 - 15.7)	480 - 640	7.4 - 8.2 (16.6 - 18.3)	600 - 800	8.0 - 8.8 (17.9 - 19.7)
7	400 - 1000	7.0 - 9.4 (15.7 - 21.1)	640 - 1600	8.2 - 11.0 (18.3 - 24.7)	800 - 2000	8.8 - 11.9 (19.7 - 26.6)

См. также

Профиль ветра

Ссылки

^ Тоума, Дж. С., 1977, Зависимость степенного закона профиля ветра от устойчивости в различных местах , J. Air Pollution Control Association, Vol. 27, стр. 863-866.
^ Кунихан, Дж., 1975, Адиабатические пограничные слои атмосферы: обзор и анализ данных за период 1880-1972 гг. , Атмосферная среда, Том 79, стр. 871-905.
^ Сюй, С.А., Э.А. Мейндл и Д.Б. Гилхаузен, 1994, Определение степенного показателя профиля ветра в условиях почти нейтральной устойчивости на море , J. Appl. Метеорол., Том. 33, стр. 757-765.
^ Эллиотт, Д.Л., К.Г. Холладей, В.Р. Барчет, Х.П. Фут и В.Ф. Сандаски, 1986, Тихоокеанская северо-западная лаборатория, Ричленд, Вашингтон. Атлас ресурсов ветроэнергетики США
^ Петерсон, Э.В. и Дж. П. Хеннесси-младший, 1978, Об использовании степенных законов для оценки потенциала ветровой энергии , J. Appl. Метеорология, Том. 17, стр. 390-394.
^ Робсон, С.М., и Шейн, К.А., 1997, Пространственная когерентность и затухание скорости и мощности ветра в северо-центральной части США , Физическая география, Том. 18, стр. 479-495.
^ Бейчок, Милтон Р. (2005). Основы рассеивания дымовых газов (4-е изд.). опубликовано автором. ISBN 0-9644588-0-2 .
^ Классы плотности мощности ветра на высоте 10 м и 50 м.
^ Сравнение среднегодовой мощности ветра на трех участках с одинаковой скоростью ветра.

[1] Тоума, Дж. С., 1977, Зависимость степенного закона профиля ветра от устойчивости в различных местах , J. Air Pollution Control Association, Vol. 27, стр. 863-866.

[2] Кунихан, Дж., 1975, Адиабатические пограничные слои атмосферы: обзор и анализ данных за период 1880-1972 гг. , Атмосферная среда, Том 79, стр. 871-905.

[3] Сюй, С.А., Э.А. Мейндл и Д.Б. Гилхаузен, 1994, Определение степенного показателя профиля ветра в условиях почти нейтральной устойчивости на море , J. Appl. Метеорол., Том. 33, стр. 757-765.

[4] Эллиотт, Д.Л., К.Г. Холладей, В.Р. Барчет, Х.П. Фут и В.Ф. Сандаски, 1986, Тихоокеанская северо-западная лаборатория, Ричленд, Вашингтон. Атлас ресурсов ветроэнергетики США

[5] Петерсон, Э.В. и Дж. П. Хеннесси-младший, 1978, Об использовании степенных законов для оценки потенциала ветровой энергии , J. Appl. Метеорология, Том. 17, стр. 390-394.

[6] Робсон, С.М., и Шейн, К.А., 1997, Пространственная когерентность и затухание скорости и мощности ветра в северо-центральной части США , Физическая география, Том. 18, стр. 479-495.

[7] Бейчок, Милтон Р. (2005). Основы рассеивания дымовых газов (4-е изд.). опубликовано автором. ISBN 0-9644588-0-2 .

[8] Классы плотности мощности ветра на высоте 10 м и 50 м.

[9] Сравнение среднегодовой мощности ветра на трех участках с одинаковой скоростью ветра.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

v т и Энергия ветра
Энергия ветра	Воздушная энергия ветра По стране История Наземные транспортные средства Оффшор Турбины на всеобщее обозрение Ветряная мельница панемон
Ветровые электростанции	Списки ветряных электростанций Принадлежащий сообществу Оффшорные фермы Береговые фермы
Ветровые турбины	Аэродинамика Воздушно-десантный Воздушный змей Дизайн Плавающий Гондола Шаг подшипника QBlade Маленький Нетрадиционный Вертикальная ось Савониус Дарье Система рыскания несущий водить машину
Ветроэнергетика	Консалтинговые компании Производители Программное обеспечение
Производители	Энеркон GE Ветер Энерджи включая GE Offshore Wind Золотой ветер Нордекс Сенвион Сименс Гамеса Сузлон Вестас
Концепции	2020-е годы в исследованиях ветроэнергетики Закон Бетца Теория импульса элемента лопасти Коэффициент мощности Возврат инвестиций в энергию Хранение энергии сетка Энергетические субсидии HVDC Гибридная мощность Лестничная мельница Чистый прирост энергии Соотношение наконечника и скорости Переменная возобновляемая энергия Виртуальная электростанция Прогнозирование ветроэнергетики Степенной закон профиля ветра Оценка ветровых ресурсов
Портал ветроэнергетики Категория Коммонс Дополнительные порталы: Возобновляемая энергия Энергия