Các đặc điểm địa hình và khí hậu của

địa điểm đoTư vấn và Đào tạo cho chương trình đo gió ở Việt

Nam

TP. Hồ Chí Minh, ngày 10/10/2011

German ProfEC GmbH, Andreas Jansen

(Thạc sĩ, Cử nhân kỹ thuật, Kỹ sư ),

Ahornstr. 10, D-49744 Geeste, Germany

www.german-profec.com, a.jansen@german-profec.com

Sự dịch chuyển của không

khí lạnh ở gần mặt đất

Sự dịch chuyển của không khí ấm

ở tầng cao hơn của khí quyển

Cơ chế luân chuyển không khí trên toàn cầu

2

Bản đồ tài nguyên gió toàn cầu (bản đồ thô, chỉ dùng để so sánh)

3

Cơ chế luân chuyển không khí trong khu vực

Sự dịch chuyển các khối khí (gió) do 3 cơ chế cơ bản:

● các chu kỳ theo mùa

● các hiệu ứng vùng

● gió khu vực, chủ yếu được quyết định bởi các điều kiện nhiệt độvà địa hình

4

Gió thay đổi theo thời gian và không gian

● Gió thay đổi theo không gian:

– Các hệ thống gió toàn cầu và khu vực

– Các thay đổi về hướng gió

– Chênh lệch tốc độ gió (độ nhám và độ ổn định (T, TI))

– Các ảnh hưởng do địa hình và chướng ngại vật

● Gió thay đổi theo thời gian:

– Dài hạn (> 10 năm)

– Hàng năm

– Theo mùa

– Hàng ngày

– Trong khoảng thời gian ngắn (gió giật và gió xoáy)5

Sự dao động theo thời gian

Tốc độ gió [m/s]

Hướng gió [°]

6

Phân bố hướng gió vào các tháng trong năm

Bình quân tháng

trong mùa xuân

Bình quân tháng

trong mùa thu

Bình quân năm

7

Các cấp độ nhám và chiều dài gờ nhám

8

Chuỗi số liệu tốc độ gió theo thời gian phụ thuộc vào cấp độnhám tại khu vực đó trong điều kiện địa hình bằng phẳng

● Chiều dài gờnhám ~ 0,03

● Chiều dài gờnhám ~ 0,4

9

Trường hợp luồng gió với sự thay đổi rõ rệt về cấp độ nhám. Hình vẽ cho thấy gradient

tốc độ gió và độ nhám z01 trước khi độ nhám thay đổi cùng với sự thay đổi của gradient

tốc độ gió tại khoảng cách x xuôi theo chiều gió. Độ nhám sau khi thay đổi là z02. Độcao tốc độ gió bị ảnh hưởng do thay đổi độ nhám, ký hiệu h, là hàm số của x.

Ảnh hưởng của độ nhám địa hình đối với tốc độ gió

10

Ảnh hưởng của chướng ngại vật, vách đá và địa hình đồi núi

Mặt cắt thẳng đứng củadòng không khí qua

vách đá

Mặt cắtngang củakhe núi vớigradient tốcđộ gió

Hiệu ứng giảm tốc độ tại các tầng thấp do gió lốc và dòng xoáy.

Lưu ý khảnăng chênhlệch tốc độgió âm

11

Hiệu ứng tăng tốc tại tầng thấp hơn do hiệu ứng bảo toànkhối lượng

Gió toàn cầu – gió bề mặt

● Gió không bị xáo trộn = gió toàn cầu, chủyếu ở độ cao ~ 1000m

● Càng gần mặt đất, sự nhiễu động càng

tăng

● Tầng ranh giới (tầng Prandtl) gần mặt đất(đến độ cao 100m, tùy theo độ ổn định, độnhám, v.v.)

● Trao đổi năng lượng qua các dòng xoáy

(pha trộn theo phương thẳng đứng ở tầngbình lưu) từ gió toàn cầu đến các tầng gần

mặt đất bên dưới

Ekman layer: ~100-1000m

Prandtl layer: up to ~100m

12

Định luật lũy thừa và lô-ga-rit đối với điều kiện khí quyển ổnđịnh● Có thể tính gần đúng sự biến thiên của tốc độ gió theo độ cao (so với độ

cao tham chiếu) bằng các công thức tương đối đơn giản (bên trái: logarit, bên phải: hàm số mũ)

Định luật logarit: v: tốc độ gió; h: độ cao so với mặt đất; z: chiều dài gờ nhám. Định luật hàm số mũ: u: tốc độgió; z: độ cao so với mặt đất; α: hệ số mũ chênh tốc / hệ số hàm số mũ Hellmann

● Định luật logarit cho biết sự phân bố tốc độ gió theo phương thẳng đứng, nhưng chỉ theo chiều dài gờ nhám z

● Định luật hàm mũ rất có ích để ngoại suy từ kết quả đo (tham chiếu) đếnchiều cao trục tuabin, nhưng đây chỉ là số ước tính.

● Tùy theo vị trí, hệ số mũ chênh tốc có thể khác biệt lớn (!)

13

Sự phụ thuộc của gradient tốc độ gió vào độ nhám của địahình

10m = 32,81ft

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

wind speed [m/s]

heig

ht

ab

ove

gro

un

d l

eve

l [m

]

z0 = 0,01

z0 = 0,1

z0 = 0,3

Độ cao đo đạc

Độ cao lắp đặt tua bin

14

Sự phụ thuộc của gradient tốc độ gió vào sự phân tầng và độổn định

Ảnh hưởng của sự phân

tầng do nhiệt đối với

gradient tốc độ gió

0 5 10 15

Wind speed / m/s

He

igh

t/ m

80

60

40

20

0

Không ổn định

Ổn định

Trung lập

15

Ví dụ về chênh tốc âm ở hạt Solano, California

Hệ số mũ chênh tốc là hàm số của T, Z0 và thông lượng nhiệt, địa hình, v.v.

Gradient tốc độ gió ở môi

trường không ổn định

Gradient tốc độ gió ở mốitrường trung lập

Sự ổnđịnh nào

xảy ra

thường

xuyên

như thếnào

trong khí

quyển?

16

Thực tế là một trường gió ba chiều phức tạp

Rô-to quét qua một diệntích hơn 3000m2, nhưng

gió chỉ được đo ở mộtđiểm!

Làm thế nào để giải quyếtvấn đề này?

► Lập mô hình trường gió

3 chiều cho toàn bộ diệntích quét của rô-to tại từng

địa điểm và chiều cao

tuabin gió !

V1

[m/s]

h[m]

V2

[m/s]

V1 > V2

d[m]

17

Tốc độ gió và phân bố thành các hàm số thống kê

Phân bố Weibull được xác định bởi 2 thamsố A (tham số qui mô) và k (tham số hình

dạng)

Phân bố hướng gió

18

Hàm Weibull với các hệ số khác nhau

19

Đồ thị histogram của các trạm khí tượng

● Đồ thị phân bố tốc độ gió và hàm

Weibull tương ứng ở 4 địa điểm

● Tất cả các trạm khí tượng đều nằmgần địa điểm trạm đo gió

● Tất cả đều rất khác nhau

● Trạm nào đại diện dài hạn cho địađiểm trạm đo gió?

20

● Đo tốc độ gió (dài hạn và ngắn hạn)

● Mô tả môi trường lấy dữ liệu đo một cách chính xác và cẩnthận

● Phân bố tốc độ gió

● Phân bố hướng gió

● Kinh nghiệm và kiến thức cập nhật, các phương pháp và thủtục

Điều gì là quan trọng khi đánh giá năng lượng gió?

21

Khảo sát hiện trường và Các trạm khí tượng – mô tả vùngphụ cận có ảnh hưởng

Mô tả độ nhám

Mô tả các chướngngại vật

Mô tả địa hình đồinúi

Các dữliệu khítượng

(ngắn hạnvà dàihạn)

Trường gió ở trong trạm điện gió

22