Budowa każdej farmy wiatrowej musi być poprzedzona badaniami warunków wiatrowych panujących w miejscu jej powstania.

Badania powinny być przeprowadzone w sposób rzetelny, przy wykorzystaniu odpowiedniej aparatury pomiarowej. Okres badania nie powinien być krótszy niż 1 rok, a dane nie powinny zawierać żadnych przerw. Badanie wiatru jest bardzo istotne.

Na jego podstawie  dobierana jest turbina odpowiednia do panujących na danym terenie warunków, a także szacowana jest wielkość produkcji energii co pozwala na określenie opłacalności danej inwestycji.

Kompleksowe stanowisko badawcze służące do pomiaru wiatru składa się z:

– masztu pomiarowego

– czujników

– rejestratora (loggera)

 

Maszt rurowy do badań wiatru

Maszt pomiarowy

W badaniach pomiarowych wiatru zastosowanie znalazły różnego rodzaju maszty. Mogą to być maszty stalowo rurowe, bądź kratownicze. Instalacja masztu pomiarowego jest poprzedzona wizytą w terenie, oraz dokładną analizą map. Właściwy wybór miejsca jest bardzo ważny ze względu na montażem jak również z jakością pomiarów. Konieczne jest również uzyskanie wszystkich niezbędnych pozwoleń (budowlane, z lotnictwa cywilnego i wojskowego).

 

Stawianie masztu rurowego do badań wiatru

Instalując maszt należy pamiętać o kilku podstawowych zasadach:

– wszystkie czujniki powinny być umieszczone pionowo (nawet niewielkie odchylenia mogą powodować błędy w danych pomiarowych.

– czujniki montowane muszą być w odpowiedniej odległości od konstrukcji masztu. Zbyt bliskie umiejscowienie czujników powodowałoby zniekształcenia odczytu spowodowane zaburzeniami przepływu powietrza. Natomiast zbyt dalekie umiejscowienie skutkowałoby brakiem stabilności czujnika na wysięgniku. Spowodowałoby to błędy w pomiarze, a także mogłoby spowodować uszkodzenie anemometru.

– czujnik kierunkowy powinien być zamontowany jak najwyżej ale w odległości ok. 1,5 m od najwyżej zamontowanego czujnika prędkości.

– maszt stawia się za pomocą wyciągarki i masztów pomocniczych


Czujniki

Wyróżniamy kilka rodzajów czujników wykorzystywanych w pomiarach wiatru. Do pomiarów siły wiatru – najważniejszego z ocenianych parametrów służą anemometry. Wyróżniamy kilka rodzajów anemometrów, ale na potrzeby energetyki wiatrowej standardowo wykorzystuje się anemometry czaszowe. W przeciwieństwie do anemometrów śmigiełkowych przypominających swym wyglądem wirnik turbiny wiatrowej czujniki te nie powodują przekłamań podczas mierzenia wiatrów o dużej zmienności.
Dodatkowa zaletą czujników czaszowych jest niewielka wrażliwość na turbulencje ( wiatry skośne wywołane zakłóceniami przepływu wokół masztu). (…)

Poza badaniem prędkości wiatru przeprowadza się także badania kierunku. Czujniku kierunku są urządzeniami wykorzystującymi przetworniki potencjometryczne co zapewnia im długą żywotność, oraz wysoką dokładność pomiarów. Czujniki potencjometryczne posiadają dużą rozdzielczość (1o), a swym zakresem pokrywają cały horyzont (360o).

Pomiar temperatury i wilgotności wykonuje się w celu określenia gęstości powietrza:

Wzór na gęstość powietrza

W wielu opracowaniach energetycznych pomijana jest zmienność gęstości powietrza. Pomijanie tego faktu może powodować zmiany w energii wiatru nawet o 10%. Należy pamiętać, że moc wiatru (P) określana jest wzorem.

Wzór na moc wiatru

Dlatego moc wiatru ze względu na zmienność gęstości powietrza jest największa zimą zaś najmniejsza latem, gdy temperatura jest najwyższa a ciśnienie najniższe. (…)


Rejestrator

Jest to system rejestrujący w sposób ciągły wszystkie dane pochodzące z czujników. Odczyt danych odbywa się w równych interwałach czasowych (10 sek. 1 min, 2 min bądź 10 min). Dane zapisywane są na kartach pamięci, których pojemność wystarcza na zapisanie danych z  okresu 1,5-2 lat bez konieczności ich wymieniania. Odczyt danych odbywa się bądź przez kabel RS , czytnik kart, lub moduł GSM. Otrzymane dane następnie poddaje się obróbce.


Obróbka Danych

Dane pochodzące z masztów pomiarowych poddawane są obróbce i dalszej analizie w celu oszacowanie potencjału energetycznego danego obszaru oraz doboru turbiny odpowiadającej warunkom panującym na badanym terenie. Przykład analizy pokazany jest poniżej.

Analiza pomiarów wiatru

Nawet niewielki błąd podczas pomiarów (nieciągłość danych pomiarowych, błędna lokalizacja anemometrów, brak kalibracji) może spowodować olbrzymie niedoszacowanie lub przeszacowanie w ocenie potencjału i przyszłej produktywności farmy wiatrowej. Należy pamiętać, że aby pomiary były miarodajne należy wykonywać je w okresie nie krótszym niż jeden rok za pomocą wysokiej jakości sprzętu pomiarowego.

 

zobacz także:

Małe turbiny wiatrowe

Małe elektrownie wiatrowe

 

Maciej Duraczyński


Cały artykuł – GLOBEnergia 3/2008