Обновленный стандарт МЭК 61400-12-1 на оценку эффективности ветряных турбин

Если верить оценкам организации GWEC (Global Wind Energy Council или Глобальный совет по ветроэнергетике), в 2016 году совокупная мощность вновь установленных во всем мире генерирующих мощностей, использующих возобновляемый источник энергии – ветер, составила более 54 ГВт. В результате этого общая установленная мощность ВЭС почти достигла отметки в 487 ГВт. 

Лидерами с точки зрения интенсивности перехода на электроэнергию, вырабатываемую с помощью ветряных турбин, традиционно оказались Китай, США, Германия и Индия. Чуть менее высокий спрос на оборудование для ветроэнергетики был зафиксирован во Франции, Турции и Нидерландах. 

Мировой рынок ветрогенераторов активно развивается. И в этом нет ничего удивительного. Ведь всего лишь 10 ветровых турбин способны удовлетворять потребности в электроэнергии со стороны 4.6 тысячи домохозяйств.  

Данные GWEC говорят о том, что в настоящее время лидером с точки зрения совокупной мощности ветроэлектростанций является Германия. Причем именно в этой стране находится самая высокая ветряная турбина в мире. ВЭС под названием Nordex N131 / 3300 находится в немецком городе Хаусбей. Она имеет 164 метра в высоту (230 метров с учетом лопастей) и мощность в 3,3 МВт.

Как оценивать эффективность ветряных турбин

Эффективность ветряных турбин, независимо от их размера, зависит от нескольких факторов. Согласно тексту обновленного добровольного международного стандарта на основе консенсуса МЭК 61400-12-1 Ed. 2.0 b:2017 "Системы генерации электроэнергии с помощью ветра - Часть 12-1: Измерение мощности электростанций на базе ветряных турбин, вырабатывающих электричество", энергетические характеристики ветровой турбины определяются измеренной кривой мощности (или график измеренной выходной мощности – зависимость между скоростью ветра и выходной мощностью ветровой турбины) и ориентировочной годовой выработкой электроэнергии.

В тексте документа подробно расписаны методы определения кривой измеренной мощности и годовой выработки электроэнергии. В нем также содержится дополнительная информация и формулы для расчета необходимых значений.

Стандарт IEC 61400-12-1 Ed. 2.0 b:2017  определяет порядок измерения энергетических характеристик одной ветряной турбины посредством определения кривой измеренной мощности и годовой выработкой электроэнергии. Содержащиеся в его тексте рекомендации могут использоваться для испытаний ветровых турбин всех типов и размеров, подключенных к электрической сети. Документ также может использоваться для определения энергетических характеристик малых ветровых турбин, подключенных к локальной электрической сети (например, к электросети автономного домохозяйства) или аккумуляторной батарее.

График измеренной выходной мощности

График измеренной выходной мощности, как указано в стандарте, определяется путем одновременного сбора измерений метеорологических переменных и сигналов с ветровой турбины. Эти две характеристики в совокупности являются первичными детерминантами эффективности ветровой турбины. Собирая соответствующие данные в течение достаточно длительного периода времени, пользователи стандарта могут создать статистически значимую базу данных по диапазону скоростей ветра при различных ветровых и атмосферных условиях.

Перечень метеорологических переменных, которые необходимо использовать для создания графика измеренной выходной мощности, в соответствии с рекомендациями из обновленного стандарта МЭК 61400-12-1, включает в себя направление и скорость ветра, плотность воздуха и турбулентность. 

Перечень сигналов с ветровой турбины включает выходную мощность ротора и другие параметры турбины, которые должны быть определены для измеренной кривой мощности.

Годовая выработка электроэнергии 

Данный параметр рассчитывается путем применения измеренной кривой мощности к опорным частотным распределениям скорости ветра. В соответствии с текстом стандарта, параметр следует вычислять двумя способами. 

Один из этих способов опирается на измеренные данные, другой – на метод экстраполирования. Полученные значения следует использоваться для оценки общего количества электроэнергии, выработанной ветровой турбиной в течение одногодичного периода.

Практическая польза нового стандарта и особенности обновленной версии

Целевой аудиторией стандарта МЭК 61400-12-1 Ed. 2.0 b:2017 выступают помимо прочего проектировщики и производители ветряных турбин, покупатели подобного электрогенерирующего оборудования, операторы ветряных электростанций и регулирующие органы.

Процедуры, описанные в документе, могут использоваться для оценки эффективности конкретных ветровых турбин в определенных местах. Они также могут использоваться для сопоставления фактических характеристик различных моделей ветровых турбин. 

В обновленной версии стандарта МЭК, которая заменяет собой первое издание стандарта, опубликованное в 2005 году, представлены следующие существенные технические изменения:

• Новое определение скорости ветра;
• Добавление двух новых параметров: горизонтальное отклонение ветра и направление ветра;
• Доработка механизма коррекции плотности воздуха;
• Пересмотр процедуры подготовки испытательной площадки;
• Пересмотр определения кривой мощности;
• Пересмотр модели препятствий;
• Уточнение требований к топографии;
• Пересмотр классификации анемометров;
• Включение описания ультразвуковых анемометров;
• Добавлено приложения, касающегося холодного климата;
• Включение описания дистанционного зондирования.