2.4. Обзор оценок
Оценка географического распределения полной энергии ветра над территорией США проводилась лабораторией Sandia, фирмами Lockheed, GE. Данные измерений лаборатории Sandia послужили основой для последующих исследований. При обзоре этих оценок обнаружились расхождения и различия в географических распределениях энергии ветра и оцениваемых значениях. Главной проблемой, с которой столкнулись все исследователи, была методика оценки энергии ветра при огромном разнообразии расстояний между станциями на поверхности гор, — для свободного потока воздуха).
Используются данные, полученные на станциях побережья, выбранных Sandia и некоторых дополнительных станциях.
Данные, полученные па многих станциях побережья, не характерны для остальных мест.
2.4.1. Методика оценки
Лаборатория Sandia и фирмы GE и Lockheed используют для оценки ветроэнергетических ресурсов одни и те же частотные характеристики распределения скорости ветра, полученные фирмой Lockheed. Оценки фирм GE и Lockheed были выборочными и проводились по данным специально отобранных станций. Фирма Lockheed исключала станции с так называемыми «ограниченными данными», т. е. с тремя классами скоростей ветра или с числом суммарных наблюдений в месяц меньше 4000. В процессе отбора учитывались станции с минимальным периодом наблюдений в шесть лет. В то же время данные по многим станциям с ограниченными данными, которые расположены в зонах со сравнительно большой энергией ветра, были включены в карту среднегодовой плотности энергии. Фирма GE использовала некоторые станции с числом классов скоростей ветра менее пяти, а над континентальной частью США упор был сделан на использование в первую очередь станций NWS. Таким образом, фирма GE использовала значительно меньше станций, чем фирма Lockheed, но ее оценки основываются главным образом на данных радиозондов.
В дополнительные сводные и имеющиеся данные по ветру, которые не использованы при оценке ветровых ресурсов, включаются обработанные данные ежечасных (или трехчасовых) измерений ветра.
Метод оценки энергии ветра на ограниченной территории (площади), использованный лабораторией Sandia и фирмой GE, основан на том, что расчет энергии ветра ведут по частотным распределениям скорости ветра, используя среднюю скорость для каждого класса. Фирма GE установила, что значение энергии ветра, рассчитанное по средней скорости в каждом классе, больше (от 3,2 до 10,5 % для семи оцениваемых станций) ее значения, подсчитанного по индивидуальным ежечасным измерениям скорости ветра. На всех этих станциях использовались одиннадцать классов скорости ветра. Однако выше указывается, что использование среднего класса скорости ветра для данного класса дает в большинстве случаев не более чем удвоенную ошибку.
Исследования фирмы Lockheed показали, что при уменьшении числа классов скорости ветра процентная ошибка определяемой энергии увеличивается. Из общего числа станций, изученных лабораторией Sandia, 128 имели только три класса скорости ветра и 263—шесть и менее классов. Энергия ветра, оцениваемая по этим сводным данным, обычно на 10—30 % выше, чем рассчитанная по фактическим данным ежечасных измерений.
Фирма Lockheed не использовала при расчете энергии ветра средние скорости ветра по классам. Вместо этого собирались данные по повторяемости скоростей ветра, сгруппированные по классам. Эти интегральные распределения представлялись плавно изменяющимися кривыми (сплайнами) и оценивались в каждом десятичном интервале. Энергия ветра определялась пропорционально кубу скорости. При этом разница в энергии ветра, оцениваемой на основе этой методики, и по средним значениям по классам обычно меньше 5 %.
Изменение высоты расположения анемометра. Только фирма Lockheed дает обзор данных но высоте расположения анемометра на всех использованных станциях. Скорость ветра, измеренная на высоте расположения анемометра, приводилась к высоте 10 м, а затем от этого уровня осуществлялся переход на высоты до 50 или 100 м. При этом использовалась формула степенного закона изменения профиля скорости ветра по высоте. В то же время указывается, что для станций, у которых высота расположения анемометра неизвестна или изменяется за рассматриваемый период, исходная высота принималась равной 10 м. До I960 г. типовая высота расположения анемометра была большей частью от 10 до 40 м от поверхности, так как часто он устанавливался на зданиях и в аэропортах.
При использовании степенного закона изменения скорости ветра по высоте с показателем, равным 0,2, значение энергии ветра на высоте 21 м на 52 % превышает энергию на высоте 10 м. Таким образом, принимая высоту расположения анемометра равной Ю м для тех станций, на которых она изменяется за период наблюдений или же вообще неизвестна, можно получить завышенные значения энергии ветра на разных высотах от поверхности земли. Однако если даже фактическая высота анемометра приведена к 10 м, то неопределенность и ошибки в оценках могут возникать вследствие разной периодичности измерений и влияния на поток ветра зданий.