A SZÉLSEBESSÉG TERÜLETI MODELLEZÉSÉNEK KÉRDÉSEI Bíróné Kircsi Andrea Lázár István - Monica Costea Tar Károly MAGYAR METEOROLÓGIAI TÁRSASÁG XXXIV. VÁNDORGYŰLÉS ÉS VII. ERDŐ ÉS KLÍMA KONFERENCIA DEBRECEN, 2012. AUGUSZTUS 29-31.
Célkitűzés A Debreceni Egyetem Meteorológiai Tanszéken hosszú évtizedekre visszanyúló múlttal rendelkeznek a szélklimatológiai kutatások. A statisztikus-klimatológiai elemzés során explicit módon leírjuk adott helyen megfigyelt szélviszonyokat és statisztikus becslést tehetünk annak jövőbeli alakulására.
Célkitűzés Az ezredfordulón felmerült a megújuló energiaforrások nagyobb arányú hasznosításának igénye. Az időjárásfüggő megújuló energiaforrások területi potenciáljának felmérése gyakorlati feladattá vált - a módszernek adaptálhatónak kell lenni más területekre is. Végső cél mezoskálájú szélsebesség eloszlás térképek készítése Ezen térképek azonban nemcsak energetikai területen válhatnak a gyakorlati élet hasznára.
2020-as szélenergia vállalások teljesítéséhez szükséges évente telepítendő szélerőmű kapacitások Magyarország 2020-ra 750MW építését vállalta. Évente átlagosan 60-90MW építése lenne kívánatos. EWEA, 2011
Szélenergia hasznosítás térbeli helyzete 2011. április 1. 172 db szélerőmű 330MW MSZET, 2011 5
Ismert tervezett szélerőmű parkok elhelyezkedése 2010 március 1.
Az évi átlagos szélsebességek [m/s] 10m 600x900m felbontásban és az uralkodó szélirányok Magyarországon (2000-2009) (OMSZ: http://www.met.hu/eghajlat/magyarorszag_eghajlata/altalanos_eghajlati_jellemzes/szel/
Szélsebesség eloszlás 75m-en 5x5km felbontás 10 éves adatbázis alapján Wantuchné Dobi I. et al., 2005 Wantuchné Dobi Ildikó, Konkolyné Bihari Zita, Szentimrey Tamás, Szépszó Gabriella,2005: Széltérképek Magyarországról "Szélenergia Magyarországon" 2005.01.19, Gödöllő (11-16) 8
5x5km felbontás EBRD, 2010
Éves átlagos szélsebesség 80m magasságban a Földön 5x5km 10
2011 évi szélsebesség %-os eltérése a 1981-2010 átlagtól 3TIER,2012 11
AWSTruepower,2012
AWSTruepow
AWSTruepower,2012
2012 Q1 szélsebesség %-os eltérése a 1981-2010 átlagtól AWSTruepower,2012
Modellezés eszköze - WINDSIM CFD analízisen alapuló moduláris felépítésű szélpark-tervező eszköz Norvég fejlesztésű modell alapja egy 3D Reynolds átlagolt Navier-Stokes (RANS) megoldó.
Mi indokolhatja a CFD alapú megközelítést?
Modellezés eszköze - WINDSIM Mezoskálájú szélpotenciál térkép készítésének lépései: 1. Terrain modul 2. Wind Field modul 3. Objects modul 4. Results modul 5. Energy modul
Terrain modul Kezeli a vizsgálandó terület felszíni paramétereit: Digitális domborzatmodell Felszín érdességét alapparaméter a logaritmikus szélprofilból számolt érdességi magasság (z0) Vízfelszínek Erdők hatását
Érdesség kezelésének kérdése az erdők szerepe Aerodinamikai érdességi hossz mennyire lassul le a szél erdő hatására Kiszorítási magasság milyen magasságig érvényesül a felszínborítottság canopy layer Lars Landberg and Andrew Tindal, 2006
Érdesség kezelésének kérdése az erdők szerepe Lars Landberg and Andrew Tindal, 2006
Érdességi magasság erdők esetén Lars Landberg and Andrew Tindal, 2006
Frontális felület index - λ λ = bh D 2 b- a lombozat szélessége h állomány magassága canopy height D- a fák közötti jellemző távolság Lars Landberg and Andrew Tindal, 2006
Idealizált szélprofil erdők felett Lars Landberg and Andrew Tindal, 2006
Érdesség kezelésének kérdése erdők esetén kiszorítási magasság d= a fák magasságának 2/3-a Érdességi magasság z0=0,4-0,8 Hosszú évekig sokan d=0, z0=0,4 beállítással modelleztek Erdő közelében javasolt több mérési pont, több magassági szint alkalmazása Nagyobb területű szélerőmű park esetén osszák részekre a erdő hatásának jobb modellezése érdekébe Erdőtől távoli helyen csak az érdesség, erdő belsejében a kiszorítási réteg, míg nagyobb erdő közelében az érdesség, a kiszorítási réteg magassága esetleg az ortográfia részletesebb parametrizálása lehet szükséges. WINDSIM lehetőséget ad az erdők parametrizálására
Modelladaptáció során vizsgált területek Lejtőszög fokban a vizsgált területen Szankovics M, 2011
Digitális domborzatmodell SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) adatbázisból származtatott terepmodellt használtunk, melyet az NGA (National Geospatial-Intelligence Agency) és a NASA által irányított nemzetközi konzorcium készített 2000 februárjában. Felbontás közel 90mx90m Tartalmazza a felszín borító érdességi elemeket - erdők
Digitális domborzatmodell- SRTM Szankovics M, 2011
Digitális domborzatmodell- 1:50000 TIM (m) Mérőtorony Csak a domborzat hatásának modellezéséhez előállítottuk az 1:50000 topográfiai térképek alapján a térség domborzat modelljét Nem tartalmazza a felszínt borító érdességi elemeket Felbontás közel 50mx50m A szélmodellezés során mindkét DTM esetén homogén érdességet vettünk figyelembe Szankovics M, 2011
Eredmények Elkészült mindkét DTM felhasználásával a térség irányfüggő és szélirányeloszlással súlyozott területi szélsebesség mező 50 és 100 m között 10m lépésközzel. Első lépésben azt vizsgáltuk milyen eltérés találunk a modellezett szélmezőben az alkalmazott DTM függvényében.
(m) Szélpotenciál területi képe (50m) SRTM és 50000 domborzatmodell esetén (m) Mérőtorony Mérőtorony
Szélpotenciál területi képe (100m) SRTM és 50000 domborzatmodell esetén (m) (m) Mérőtorony Mérőtorony
Következtetések WINDSIM modell alkalmas az eredeti kutatási cél végrehajtásához Az alkalmazott digitális terepmodellek láthatóan befolyásolták a modellezett szélpotenciál térbeli képét eltérések várakozásaink alatt maradtak A modellezett adatok verifikációja szükséges
HURO/0802/083_AF REGENERG Debreceni Egyetem és Nagyváradi Egyetem határon átnyúló közös kutatási pályázatának célja Hajdú-Bihar és Bihor megyék megújuló energiapotenciáljának vizsgálata (napszélenergia, biomassza, geotermikus) LP projektvezető: Monica Costea PhD PP projektvezető: Prof. Dr Csorba Péter Szélenergia munkaprogram: Dr. Tar Károly Időtartam 24 hónap 2011március - 2013 február
Kutatási terület - HURO REGENERG Szélmérési pontok: Debrecen- Kismacs Nagyvárad Biharfüred
Kutatási terület a REGENERG projekten belül
SODAR mérések
Előzetes modelleredmények Debrecen-Kismacs 50m modellezett szélsebesség eloszlás 100m modellezett szélsebesség eloszlás
Modellezett és SODAR-ral mért értékek összehasonlítása 4 Relatív hiba [%] 3 2 1 % 0-1 50 m 60 m 70 m 80 m 90 m 100 m 110 m 120 m 130 m 140 m 150 m 160 m 170 m 180 m 190 m 200 m -2-3 -4-5
Köszönetnyilvánítás A szerzők köszönettel tartoznak az OTKA K 75794 számú és a HURO/0802/083_AF REGENERG kutatási pályázat támogatásáért!
Tisztelettel köszönjük a figyelmüket! kircsi.andrea@science.unideb.hu