CC BY
14
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
УДК 551.521+621 Article info Received 27.01.2017
ОЦ1НЮВАННЯ В1ТРОЕНЕРГЕТИЧНОГО ПОТЕНЦ1АЛУ КАРПАТСЬКОГО РЕГ1ОНУ УКРА1НИ
Н. М. Москальчук, М. М. Приходько
1вано-Франювський НТУ нафти i газу, м. 1вано-Франшвськ, Украша
Проаналiзовано дан середнiх багаторiчних швидкостей вгтру 26 метеостанцiй Карпатського ре-rioHy Укра'ни та 5 метеостанцш сумiжних областей. Використовуючи логарифмiчний та степеневий вертикальнi профiлi виру, розраховано середньорiчнi швиIцкостi на висотi 30, 50, 70, 100 м та побу-довано вiдповiднi карти. Розраховано питомГ потyжностi вiтpy на заданих висотах. Запропоновано класифiкацiю пеpспективностi територш для в^роенергетичних установок (ВЕУ), яка грунтуеться на показниках швидкостi вггру та питомо'1 потyжностi вiтpy. Видшено пеpспективнi для вироенерге-тики територй в Карпатському pегiонi Укра'ни.
Ключовi слова: вiтpоенеpгетичний потенцiал, сеpедньоpiчна швиIцкiсть вiтpy, питома потyжнiсть вггру, перспективы для ВЕУ територй'.
Вступ. Згщно з Нацiональним планом дш з ввднов-лювано! енергетики до 2020 р. передбачено збиьшен-ня споживання енерги, вироблено! з ввдновлюваних джерел енерги, до 11 % ввд загально! встановлено! по-тужностi електростанцiй Укра!ни (КаЫпй Мл^Му икгату, 2014). На кiнець 2015 р. частка вах електрос-танцш, якi працюють на вiдновлювальних джерелах енерги, становила 2,7 %, з яких 0,8 % припадало на в^оенергетику (ОЬ7ог гупка уе^епегдеИЫ икгату, 2017). Обмеженiсть i неповнота шформаци про наяв-ний вiтровий потенщал, вiдсутнiсть детальних виро-вих карт i атласiв, а також регiональних дослiджень вiтрового режиму на територй Укра!ш, якi дають змо-гу вивчити i врахувати вплив фiзико-географiчних та орографiчних умов на вггровий режим територй, е серйозною перешкодою для розвитку в^оенергетич-ного сектору (Nekos, & Мо1оёап, 2012). Для ощню-вання вiтроенергетичних ресурсiв потрiбна достовiр-на iнформацiя про просторово-часовий розподiл характеристик вiтру, як враховують його природну структуру i практичнi можливостi використання енер-гИ" вiтру, дають змогу виявити його енергетичну щн-нiсть i визначити можливi режими роботи вироенер-гетичних установок.
Оцiнювання вiтроенергетичного потенцiалу вис-вiтлено у багатьох наукових працях (Lipinskyj, Б]ао-Иик, & ВаЫсИепко, 2003; LjuЬimov, Коуа1епко, & СИи-Ьепко, 2011; Pivnjak е1 а1., 2015; Nekos, & МоЫап, 2012), що свiдчить про значний штерес до ще! теми. Однак, за винятком праць (Osadchyj е1 а1., 2014), дос-лiджень з просторового розподiлу вiтрового потенщ-алу адмшстративних областей Карпатського регiону Укра!ни недостатньо.
Мета дослщження - оцiнювання в^оенергетич-ного потенцiалу Карпатського регiону Укра!ни на ос-новi сучасно! метеоролопчно! шформаци.
Матер1али та методика. Основним джерелом первинних даних для дослвджень е спостереження за вiтровими характеристиками на постах Державно! пд-рометеоролопчно! мережi (Lipinskyj, & Djachuk, 2003). Спостереження проводять за встановленими Всесвгтньою метеорологiчною органiзацiею единими методиками через кожш 3 год i охоплюють перiоди в десятки рок1в. Розрахунок в^оенергетичних характе-
ристик виконували на 0CH0Bi аналiзу середнiх багато-pi4Hra даних 26 метеостанцiй адмiнiстративних областей Карпатського регюну Укра!ни (flbBiBCbKoi, 1ва-но-Франювсько!, Закарпатсько! та Чертвецько!) i 5 метеостанцiй сумiжних адмшстративних областей (Терношльсько!, Хмельницько!) за перюд з 1899 р. Щоб ощнити сучасний стан вiтpових характеристик кшмату та !х можливих змiн, окремо пpоаналiзовано данi за 2005-2015 pp. на 9 метеостанщях - Рава-Русь-ка, Броди, Льв1в, Дрогобич, 1вано-Франювськ, Коло-мия, Ужгород, Чеpнiвцi, Селятин.
Результата дослщження. Важливою характеристикою вдового режиму е швидкiсть в^у, яку визна-чають баричним гpадiентом та умовами циркуляци ат-мосфери. Певш висновки щодо вiтpовиx ресурав Карпатського pегiону Укра!ни можна отримати iз аналiзу даних сеpедньоpiчно! швидкостi вiтpу, якi наведено в табл. 1. Сеpедньоpiчнi швидкостi в^у за останнi 10 рок1в, поргвняно iз загальним пеpiодом спостере-жень, зменшилися по всix 9 метеостанщях ввд 0,1 (Селятин) до 1 м/с (Львiв). У середньому це зменшення становить 0,5 м/с.
Зпдно з ДСТУ 3896:2007 "Вггроенергетика. Вгтро-енеpгетичнi установки та в^оелектричт станцп. Теpмiни та визначення понять" в Укра!т затверджено таку класифжащю вiтpоенеpгетичниx установок (ВЕУ) за встановленою потужнiстю:
1. ВЕУ мало! потужностi - номiнальна потужшсть до 100 кВт;
2. ВЕУ середньо!' потужност - номiнальна потужшсть вщ 100 до 1000 кВт;
3. ВЕУ мегаватного класу або ВЕУ велико!' потужнос-тi - номшальна потужнiсть бiльша нiж 1000 кВт (DSTU 3896, 2007).
Сила в^у по^зному впливае на роботу виро-енергетичних установок. У вгтроенергетищ iснують поняття стартово! швидкосп, розрахунково! швидкос-тi та максимально! експлуатацшно! швидкостi.
Стартова швидюсть eimpy - швидюсть вiтpу, за яко! вiтpоустановка починае обертатися i заряджати акумулятори - знаходиться в дiапазонi 2-4 м/с.
Розрахункова швидюсть eimpy - швидюсть виру, за яко! в^оустановка досягае номiнально! потужнос-ri (для малих ВЕУ вона становить 8 м/с, для промис-лових - 11-14 м/с).
Citation APA: Moskalchuk, N., & Prykhodko, M. (2017). The Assessment of Wind Energy Potential within the Carpathian Region of Ukraine. Scientific Bulletin of UNFU, 27(1), 125-128. Retrieved from http://nv.nltu.edu.ua/index.php/journal/article/view/179
Науковий вкник НЛТУ Украши, 2017, т. 27, № 1 Табл. 1. Середньорiчнi значення швидкост BiTpy на метеостанцiях Карпатського perioHy Украши та
№ з/п Метеостанщя Координати, ° Висо- та, м Vcep., м/с
Широта | Довгота
Львiвська область
1 Рава-Руська* 50,3 23,6 252 3,2(2,4**
2 Кам'янка-Бузька 50,1 24,4 212 2,7
3 Броди* 50,1 25,2 227 2,3(2)
4 Яворiв 49,9 23,4 254 3,7
5 Львiв* 49,8 24,1 319 3,5(2,5)
6 Мостиська 49,8 23,2 232 3,1
7 Дрогобич* 49,4 23,5 275 2,9(2,3)
8 Стрий 49,3 23,9 294 2,4
9 Турка 49,2 23,0 594 2,8
10 Славське 48,9 23,5 592 1,2
1вано-Франювська область
11 Долина 48,9 24,0 470 3,1
12 1вано - Франмвськ * 48,9 24,7 270 2,9(2,4)
13 Коломия* 48,5 25,0 295 2,2(1,8)
14 Яремча 48,5 24,6 531 1,7
15 Пожежевська 48,2 24,5 1451 5,5
Закарпатська область
16 Великий Березний 48,9 22,5 205 1,3
17 Нижш Ворота 48,8 23,1 496 2,0
18 Нижнiй Студений 48,7 23,4 615 1,9
19 Ужгород* 48,6 22,3 115 2,5(2,1)
20 Плай 48,7 23,2 1330 5,8
21 Мiжгiр'я 48,5 23,5 456 1,2
22 Берегово 48,2 22,6 113 1,2
23 Хуст 48,2 23,3 164 1,2
24 Рахiв 48,1 24,2 430 1,0
Чершвецька область
25 Чернiвцi* 48,3 25,9 242 3,6(3)
26 Селятин* 47,9 25,2 762 1,1(1)
Сумiжнi до Карпатського репону метеостанци
27 Кременець 50,1 25,7 259 3,3
28 Бережани 49,4 24,9 303 2,3
29 Чорткiв 49 25,8 320 2,8
30 Кам'янець-По-дiльський 48,7 26,6 217 2,9
31 Могилiв-Подiльсь-кий 48,5 27,8 77 1,8
1
P = -pV3, 2 '
Пер спективш сть Швидкють вггру V, м/с Питома потужшсть вггру P, Вт/м2
Безперспективш для будь-яких тишв ВЕУ <2 <5
Малопер спективш 2-2,9 5-19
Перспективы для малих ВЕУ 3-3,9 20-39
Перспективы для малих та се-редшх ВЕУ 4-5,4 40-99
Перспективы для будь-яких ВЕУ >5,5 >100
Оскiльки oci обертання ротора навиь малих впро-вих турбш знаходяться на висoтi до 30 м, а промисло-вих вгтрових туpбiн - вiд 40 до 100 м i вище, а i3 збiльшенням висоти зменшуеться вплив шдстильно1 пoвеpхнi, вiтpoвий пoтiк стае сталшим, а швидкiсть вiтpу вищою, е потреба у пpoведеннi вимipювань та мoделюваннi швидкoстi вiтpу на бшьших висотах (Nekos, & Molodan, 2012).
Вертикальш пpoфiлi вiтpу в нижнш частинi атмос-фери апроксимувалися лoгаpифмiчнoю та степеневою залежностями (Anapolskaja, & Gandin, 1978; De Renzo, 1982; Beychok, 2005):
h2 /,„ h1
V ( h2 ) = V ( h) ln ^/ln z0! z0
(2)
де: h1 та h2 - висоти над поверхнею землi, z0 -шорстюсть пoвеpхнi (використовували z0 = 0,1 м);
V ( h2 ) = V ( h,)( h ]
(3)
* метеостанци, дан1 яких використовували для ощню-вання сучасного стану вггрових ресуршв,
** середньор1чна швидкють вггру у 2005-2015 рр.
Максимальна експлуатацшна швидкiсть BiTpy -швидюсть BiTpy, яка може призвести до руйнування не зупинено1 вiтpоyстановки. Для стацюнарно!' вггро-установки мае бути не менше 45-50 м/с.
Одшею i3 основних характеристик в^оенергетич-них ресурс1в дослiджyваноï теpитоpiï е питома потуж-нiсть вiтpy (вiтpоенеpгетичний потенщал), яку визна-чають за формулою (Anapolskaja, & Gandin, 1978; De Renzo, 1982)
(1)
де: p - густина повгтря (використовували р = 1,225 кг/м3), V - модуль швидкосп виру (у дослвдженш використано сеpедньopiчнi значення швидкoстi вiтpу).
Аналз лiтеpатуpних даних, параметров стартовой розрахунково!' швидкoстi та нoмiнальнoï пoтужнoстi сучасних ВЕУ дав змогу запропонувати таку класифь кацю пеpспективнoстi теpитopiй для ВЕУ (табл. 2). Перспективними пропонуемо вважати параметри вiтpу, за яких потужшсть ВЕУ досягае 50 % вщ нoмiнальнoï.
де: h1 та h2 - висоти над поверхнею земш, а - eMnipM4-ний коефщент, що залежить вiд стабиьносп атмос-фери та шоpсткостi шдстильно1 повеpхнi (використовували значення а=0,2).
Логapифмiчний пpофiль вiтpу, зазвичай, вважають точнiшою оцiнкою сеpедньоl швидкостi в^у, нiж степеневий у нижньому (10-20 м) пpикоpдонному ша-pi aтмосфеpи. Мiж 20 i 100 м обидва методи е досить об'ективними для пеpедбaчення сеpедньоl швидкостi в^у в нейтpaльних aтмосфеpних умовах (Cook, 1985). Виходячи з наведеного вище, pозpaховaно се-pедньоpiчнi швидкостi та питомi потужностi вiтpу на висотах 30, 50, 70, 100 м i побудовано вщповщт Kap-ти, зо^ема кapту сеpедньоpiчноl швидкостi виру в Кapпaтському pегiонi yKpal'm на висоп 100 м, яку подано на pисунку.
Висновки. Нaйспpиятливiшi умови для ^оми^о-во! вiтpоенеpгетики е у високогipних paйонaх Кapпaт на теpитоpil Iвaно-Фpaнкiвськоl та Зaкapпaтськоl областей (масив Чоpногоpa, Веpховинський вододiльний хpебет) i на Розточчi у Львiвськiй обл. ВЕУ сеpедньоl потужностi доц1льно pозтaшовувaти на Подшьськш височинi у Львiвськiй обл. та Хотинськш височинi у Чеpнiвецькiй области Щодо малих ВЕУ, то спpиятли-вими вiтpовими умовами хapaктеpизуеться бшьша час-тина Льв1всько1 обл. (особливо швшчно-захвдш та цен-тpaльнi paйони), Iвaно-Фpaнкiвськоl (пiвнiчнi, пгвден-но-зaхiднi paйони), центpaльнa частина Чеpнiвецькоl та твшчна частина Зaкapпaтськоl областей.
а
Рис. Середньорiчнi швидкост виру в Карпатському регют Украши на bhcotï 100 м
nepe.fliK BHKüpHCTaHHX g^epe^
Anapolskaja, L. E., Gandin, L. S. (1978). Vetrojenergeticheskie re-sursy i metody ih ocenki. Meteorologija i gidrologija, 7, pp. 1117. [In Russian].
Beychok, Milton R. (2005). Fundamentals of Stack Gas Dispersion (4th ed.). Newport Beach, California, USA, p. 201.
Cook, N. J., (1985). The designers guide to wind loading of building structures. Garston, Watford: Building Research Establishment, Dept. of the Environment, p. 383.
De Renzo D. (1982). Vetrojenergetika. Moscow: Jenergoatomizdat, p. 271. [In Russian].
DSTU 3896:2007. (2007). Vitroenergetyka. Vitroenergetychni usta-novky ta vitroelektrychni stancii. Terminy ta vyznachennja pon-jat. - Kyiv: Derzhstandart Ukrainy, p. 28. [In Ukrainian].
Kabinet Ministriv Ukrainy (2014) Nacionalnyj plan dij z vidnovlju-vanoi energetyky na period do 2020 roku. vid 01.10.2014 № 902-r. Retrived from: http://zakon3.rada.gov.ua/laws/show/902-2014-%D1%80. [In Ukrainian].
Lipinskyj, V. M., Djachuk,V. A., & Babichenko, V. M. (Eds.) (2003). Klimat Ukrainy. Kyiv: Vyd-vo Rajevskogo, p. 343. [In Ukrainian].
Ljubimov, O. D., Kovalenko, V. M., Chubenko, A. I. (2011). Me-todyka obroblennja statystychnyh danyh parametriv vitru dlja pryjnjattja rishennja shhodo rozmishhennja vitroenergoustanovky v konkretnomu regioni. Elektronika ta systemy upravlinnja, 2(28), p. 116-119. [In Ukrainian].
Nekos, A. N., Molodan, Ya. Ye. (2012). Ocinka vitrovogo rezhymu terytorii Harkivskoi oblasti dlja cilej vitroenergetyky. Ljudyna ta dovkillja. Problemy neoekologii, 3-4, pp. 69-76. [In Ukrainian].
Obzor rynka vetrojenergetiki Ukrainy (2017). Ukrainska vitroener-getichna asociacija. Retrived from: http://uwea.com.ua. [In Ukrainian] .
Osadchyj, V. I., Skrynyk, O. A., Skrynyk, O. Ya., & Radchenko, R. Yu. (2014). Vitroenergetychni resursy Ukrainskyh Karpat. Nau-kovi praci Ukrainskogo naukovo-doslidnogo gidrometeorolo-gichnogo in-tu, 266, pp. 3-11. [In Ukrainian].
Pivnjak, G., Shkrabec, F., Nojberger, N., & Cyplenkov, D. (2015). Osnovy vitroenergetyky. Dnipropetrovsk: NGU, p. 335. [In Ukrainian] .
Н. М. Москальчук, Н. Н. Приходько ОЦЕНКА ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА КАРПАТСКОГО РЕГИОНА УКРАИНЫ
Проанализированы данные средних многолетних скоростей ветра 26 метеостанций Карпатского региона Украины и 5 метеостанций сопредельных областей. Используя логарифмический и степенной вертикальные профили ветра рассчитаны среднегодовые скорости на высоте 30, 50, 70, 100 м и построены соответствующие карты. Рассчитаны удельные мощности ветра на заданных высотах. Предложена классификация перспективности территорий для ветроэнергетических установок (ВЭУ), которая базируется на показателях скорости ветра и удельной мощности ветра. Выделены перспективные для ветроэнергетики территории в Карпатском регионе Украины.
Ключевые слова: ветроэнергетический потенциал, среднегодовая скорость ветра, удельная мощность ветра, перспективные для ВЭУ территории.
N. M. Moskalchuk, M. M. Prykhodko
THE ASSESSMENT OF WIND ENERGY POTENTIAL WITHIN THE CARPATHIAN REGION OF UKRAINE
Since the limited and incomplete information about wind energy potential is a serious obstacle to the development of renewable energy, it is necessary to assess wind resources in order to obtain the data about the spatial and temporal distribution characteristics of wind and its energy value to determine the feasibility of placing wind turbines (windmills). The aim of the study is to provide the assessment of wind energy potential of Carpathian region of Ukraine. The main materials for the studies have become observation data of the wind characteristics at 26 weather stations at administrative regions of Carpathian region of Ukraine (Lviv, Ivano-Fran-kivsk, Zakarpathian region and Chernivtsy) and 5 meteorological stations in neighbouring regions (Ternopil, Khmelnytsky) since 1899. The given comparison was made in order to assess the current state of the wind characteristics of climate change and their analysis of data from 2005-2015. We have obtained the following results. First of all, we have got the important characteristic of wind conditions on the territory which is wind speed. We established that long-term average wind speed in Carpathian region of Ukraine fluctuates within 1,0-3,7 m / s. We have built the map of the average annual wind speed in Carpathian region at the height of 100 m. We also provide the classification of promising areas for installation of wind turbines. Our conclusions are as follows. The results of research is based on getting the most favorable conditions for the development of industrial wind power are in the highlands of Carpathian region in the Ivano-Frankivsk and Zakarpathian regions and Roztocze in Lviv region. The medium power wind turbines are advisable to locate Podolsky hill in Lviv region and the sky Khotyn in Chernivtsy region. Favorable wind conditions for the wind turbines is small in most of Lviv region (especially the north-western and central areas), northern and south-western districts of Ivano-Frankivsk, Chernivtsy central and northern Transcarpathian regions.
Keywords: wind energy potential, average wind speed, wind power density, promising area to the wind turbines.
1нформащя про aBTopiB:
Н. М. Москальчук, асистент, 1вано-Франювський НТУ нафти i газу, м. 1вано-Франювськ, Укра'на. E-mail: n_reingardt@mail.ru
М. М. Приходько, д-р геогр. наук, професор, 1вано-Франювський НТУ нафти i газу, м. 1вано-Франювськ, Укра'ша. E-mail: prihodkon@ukr.net
