Các đặc điểm địa hình và khí hậu của địa điểm đo
-
Upload
devi-renewable-energies -
Category
Documents
-
view
1.536 -
download
1
description
Transcript of Các đặc điểm địa hình và khí hậu của địa điểm đo
Các đặc điểm địa hình và khí hậu của
địa điểm đoTư vấn và Đào tạo cho chương trình đo gió ở Việt
Nam
TP. Hồ Chí Minh, ngày 10/10/2011
German ProfEC GmbH, Andreas Jansen
(Thạc sĩ, Cử nhân kỹ thuật, Kỹ sư ),
Ahornstr. 10, D-49744 Geeste, Germany
www.german-profec.com, [email protected]
Sự dịch chuyển của không
khí lạnh ở gần mặt đất
Sự dịch chuyển của không khí ấm
ở tầng cao hơn của khí quyển
Cơ chế luân chuyển không khí trên toàn cầu
2
Bản đồ tài nguyên gió toàn cầu (bản đồ thô, chỉ dùng để so sánh)
3
Cơ chế luân chuyển không khí trong khu vực
Sự dịch chuyển các khối khí (gió) do 3 cơ chế cơ bản:
● các chu kỳ theo mùa
● các hiệu ứng vùng
● gió khu vực, chủ yếu được quyết định bởi các điều kiện nhiệt độvà địa hình
4
Gió thay đổi theo thời gian và không gian
● Gió thay đổi theo không gian:
– Các hệ thống gió toàn cầu và khu vực
– Các thay đổi về hướng gió
– Chênh lệch tốc độ gió (độ nhám và độ ổn định (T, TI))
– Các ảnh hưởng do địa hình và chướng ngại vật
● Gió thay đổi theo thời gian:
– Dài hạn (> 10 năm)
– Hàng năm
– Theo mùa
– Hàng ngày
– Trong khoảng thời gian ngắn (gió giật và gió xoáy)5
Sự dao động theo thời gian
Tốc độ gió [m/s]
Hướng gió [°]
6
Phân bố hướng gió vào các tháng trong năm
Bình quân tháng
trong mùa xuân
Bình quân tháng
trong mùa thu
Bình quân năm
7
Các cấp độ nhám và chiều dài gờ nhám
8
Chuỗi số liệu tốc độ gió theo thời gian phụ thuộc vào cấp độnhám tại khu vực đó trong điều kiện địa hình bằng phẳng
● Chiều dài gờnhám ~ 0,03
● Chiều dài gờnhám ~ 0,4
9
Trường hợp luồng gió với sự thay đổi rõ rệt về cấp độ nhám. Hình vẽ cho thấy gradient
tốc độ gió và độ nhám z01 trước khi độ nhám thay đổi cùng với sự thay đổi của gradient
tốc độ gió tại khoảng cách x xuôi theo chiều gió. Độ nhám sau khi thay đổi là z02. Độcao tốc độ gió bị ảnh hưởng do thay đổi độ nhám, ký hiệu h, là hàm số của x.
Ảnh hưởng của độ nhám địa hình đối với tốc độ gió
10
Ảnh hưởng của chướng ngại vật, vách đá và địa hình đồi núi
Mặt cắt thẳng đứng củadòng không khí qua
vách đá
Mặt cắtngang củakhe núi vớigradient tốcđộ gió
Hiệu ứng giảm tốc độ tại các tầng thấp do gió lốc và dòng xoáy.
Lưu ý khảnăng chênhlệch tốc độgió âm
11
Hiệu ứng tăng tốc tại tầng thấp hơn do hiệu ứng bảo toànkhối lượng
Gió toàn cầu – gió bề mặt
● Gió không bị xáo trộn = gió toàn cầu, chủyếu ở độ cao ~ 1000m
● Càng gần mặt đất, sự nhiễu động càng
tăng
● Tầng ranh giới (tầng Prandtl) gần mặt đất(đến độ cao 100m, tùy theo độ ổn định, độnhám, v.v.)
● Trao đổi năng lượng qua các dòng xoáy
(pha trộn theo phương thẳng đứng ở tầngbình lưu) từ gió toàn cầu đến các tầng gần
mặt đất bên dưới
Ekman layer: ~100-1000m
Prandtl layer: up to ~100m
12
Định luật lũy thừa và lô-ga-rit đối với điều kiện khí quyển ổnđịnh● Có thể tính gần đúng sự biến thiên của tốc độ gió theo độ cao (so với độ
cao tham chiếu) bằng các công thức tương đối đơn giản (bên trái: logarit, bên phải: hàm số mũ)
Định luật logarit: v: tốc độ gió; h: độ cao so với mặt đất; z: chiều dài gờ nhám. Định luật hàm số mũ: u: tốc độgió; z: độ cao so với mặt đất; α: hệ số mũ chênh tốc / hệ số hàm số mũ Hellmann
● Định luật logarit cho biết sự phân bố tốc độ gió theo phương thẳng đứng, nhưng chỉ theo chiều dài gờ nhám z
● Định luật hàm mũ rất có ích để ngoại suy từ kết quả đo (tham chiếu) đếnchiều cao trục tuabin, nhưng đây chỉ là số ước tính.
● Tùy theo vị trí, hệ số mũ chênh tốc có thể khác biệt lớn (!)
13
Sự phụ thuộc của gradient tốc độ gió vào độ nhám của địahình
10m = 32,81ft
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
wind speed [m/s]
heig
ht
ab
ove
gro
un
d l
eve
l [m
]
z0 = 0,01
z0 = 0,1
z0 = 0,3
Độ cao đo đạc
Độ cao lắp đặt tua bin
14
Sự phụ thuộc của gradient tốc độ gió vào sự phân tầng và độổn định
Ảnh hưởng của sự phân
tầng do nhiệt đối với
gradient tốc độ gió
0 5 10 15
Wind speed / m/s
He
igh
t/ m
80
60
40
20
0
Không ổn định
Ổn định
Trung lập
15
Ví dụ về chênh tốc âm ở hạt Solano, California
Hệ số mũ chênh tốc là hàm số của T, Z0 và thông lượng nhiệt, địa hình, v.v.
Gradient tốc độ gió ở môi
trường không ổn định
Gradient tốc độ gió ở mốitrường trung lập
Sự ổnđịnh nào
xảy ra
thường
xuyên
như thếnào
trong khí
quyển?
16
Thực tế là một trường gió ba chiều phức tạp
Rô-to quét qua một diệntích hơn 3000m2, nhưng
gió chỉ được đo ở mộtđiểm!
Làm thế nào để giải quyếtvấn đề này?
► Lập mô hình trường gió
3 chiều cho toàn bộ diệntích quét của rô-to tại từng
địa điểm và chiều cao
tuabin gió !
V1
[m/s]
h[m]
V2
[m/s]
V1 > V2
d[m]
17
Tốc độ gió và phân bố thành các hàm số thống kê
Phân bố Weibull được xác định bởi 2 thamsố A (tham số qui mô) và k (tham số hình
dạng)
Phân bố hướng gió
18
Hàm Weibull với các hệ số khác nhau
19
Đồ thị histogram của các trạm khí tượng
● Đồ thị phân bố tốc độ gió và hàm
Weibull tương ứng ở 4 địa điểm
● Tất cả các trạm khí tượng đều nằmgần địa điểm trạm đo gió
● Tất cả đều rất khác nhau
● Trạm nào đại diện dài hạn cho địađiểm trạm đo gió?
20
● Đo tốc độ gió (dài hạn và ngắn hạn)
● Mô tả môi trường lấy dữ liệu đo một cách chính xác và cẩnthận
● Phân bố tốc độ gió
● Phân bố hướng gió
● Kinh nghiệm và kiến thức cập nhật, các phương pháp và thủtục
Điều gì là quan trọng khi đánh giá năng lượng gió?
21
Khảo sát hiện trường và Các trạm khí tượng – mô tả vùngphụ cận có ảnh hưởng
Mô tả độ nhám
Mô tả các chướngngại vật
Mô tả địa hình đồinúi
Các dữliệu khítượng
(ngắn hạnvà dàihạn)
Trường gió ở trong trạm điện gió
22