Закон мощности профиля ветра - Wind profile power law

В закон силы ветра профиля это соотношение между скоростью ветра на одной высоте и скоростью ветра на другой.

Определение

Соотношение силового закона профиля ветра

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

куда ${\displaystyle u}$ скорость ветра (в метрах в секунду) на высоте ${\displaystyle z}$ (в метрах) и ${\displaystyle u_{r}}$ является известным скорость ветра на высоте опорной ${\displaystyle z_{r}}$. Показатель степени (${\displaystyle \alpha }$) - это эмпирически полученный коэффициент, который изменяется в зависимости от стабильности атмосферы. За нейтральная стабильность условия, ${\displaystyle \alpha }$ составляет приблизительно 1/7 или 0,143.

Чтобы оценить скорость ветра на определенной высоте z, отношение изменится на

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

Значение 1/7 для α обычно считается постоянным при оценке ветровых ресурсов, потому что 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 спокойных ветров от поверхности из-за наличия препятствий (то есть смещение в нулевой плоскости) или стабильность атмосферы.^[1][2] В местах, где деревья или сооружения препятствуют приповерхностному ветру, использование постоянной 1/7 экспоненты может дать весьма ошибочные оценки, а профиль ветра журнала является предпочтительным. Даже в условиях нейтральной стабильности показатель 0,11 более подходит для открытой воды (например, для морских ветряных электростанций), чем 0,143,^[3] который более применим на открытых землях.

Пределы

Профиль ветра атмосферного пограничный слой (поверхность до около 2000 метров) обычно имеет логарифмический характер и лучше всего приближается с использованием профиль ветра журнала уравнение, учитывающее шероховатость поверхности и атмосферный стабильность. Отношения между мощностью поверхности и ветром часто используются в качестве альтернативы логарифмическим характеристикам ветра, когда информация о шероховатости или стабильности поверхности недоступна.

Приложения

Степенной закон часто используется в ветровая энергия оценки^[4][5] где скорости ветра на высоте турбины (${\displaystyle \geq }$ 50 метров) должны быть оценены на основе наблюдений за приземным ветром (~ 10 метров), либо данные о скорости ветра на различных высотах должны быть скорректированы до стандартной высоты^[6] до использования. Профили ветра генерируются и используются в ряде модели рассеивания атмосферного загрязнения.^[7]

Плотность энергии ветра

Оценки плотности энергии ветра представлены в виде класса ветра от 1 до 7. Скорости - это средние скорости ветра в течение года.^[8] хотя частотное распределение скорости ветра может обеспечивать различную плотность мощности для одной и той же средней скорости ветра.^[9]

Учебный класс	10 м (33 футов)		30 м (98 футов)		50 м (164 футов)
	Плотность энергии ветра (Вт / м^2)	Скорость м / с (миль / ч)	Плотность энергии ветра (Вт / м^2)	Скорость м / с (миль / ч)	Плотность энергии 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)

Смотрите также

• Профиль ветра журнала

Рекомендации

1. Тома, Дж. С., 1977, Зависимость закона мощности профиля ветра от устойчивости для различных мест, J. Ассоциация контроля загрязнения воздуха, Vol. 27, стр. 863-866.
2. Каунихан, Дж., 1975 г., 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. Майндл, Д. Гилхаузен, 1994, Определение степенного показателя профиля ветра в условиях, близких к нейтральной, остойчивости на море, J. Appl. Meteorol., Vol. 33, стр. 757-765.
4. Эллиотт, Д.Л., К.Г. Холладей, W.R. Barchet, H.P. Фут и В.Ф. Сандаски, 1986, Тихоокеанская Северо-Западная лаборатория, Ричленд, Вашингтон. Атлас ресурсов ветровой энергии США
5. Петерсон, Э.В. и Дж. П. Хеннесси, младший, 1978 г., Об использовании степенных законов для оценки потенциала ветроэнергетики, J. Appl. Метеорология, Vol. 17. С. 390-394.
6. Робсон, С.М., и Шейн, К.А., 1997 г., Пространственная согласованность и уменьшение скорости и силы ветра в северо-центральной части США, Физическая география, т. 18. С. 479-495.
7. Бейчок, Милтон Р. (2005). Основы диспергирования дымового газа (4-е изд.). авторское издание. ISBN  0-9644588-0-2.
8. Классы плотности энергии ветра на 10 м и 50 м
9. Сравнение среднегодовой мощности ветра на трех участках с одинаковой скоростью ветра.