Ветроэнергетический потенциал

Содержание раздела:

  1. Современное состояние проблемы.
  2. Наши исследования.
  3. Наши публикации.
Ветроэнергетический потенциал

1. Современное состояние проблемы

Исследование ветра и волнения в открытом море и прибрежной зоне является чрезвычайно важным для безопасности мореплавания, функционирования морских портов и проведения спасательных операций на море, развития прибрежной инфраструктуры, рыболовство, разведка и освоение нефтегазовых месторождений на континентальном шельфе, туризм и т.д. (WMO-No.471, 2001). Ветровые волны и штормовые нагоны являются основным фактором морфологических изменений и эрозии морской береговой линии, что является особенно острой проблемой для Черного моря (Valchev and Trifonova, J. Coast. Res., 2009). Кроме того, количественные характеристик ветрового и волнового климата Черного моря используются для оценки энергетического потенциала этих источников альтернативной энергии (Akpinar, Energy, 2013; Akpinar et al., Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2008; Rusu, J. Mar. Sci. Technol., 2009).

В мире с постоянно возрастающим потреблением энергии новые технические решения в области возобновляемой энергетики и развитие соответствующих научных представлений об альтернативных источниках являются важной составляющей энергетической безопасности в будущем. Например, ежедневное потребление энергии Республикой Крым составляет 630 МВт. Согласно независимым оценкам около 70% этой энергии могут быть обеспечены парками ветровых станций, если они будут располагаться на Южных яйлах Крымских гор. Этот процент, безусловно, может быть увеличен, если дополнительно будет использоваться энергия морских волн в крымской прибрежной зоне. Следовательно, данное направление исследований является достаточно важным для причерноморских государств в целом и их отдельных регионов в частности.
 Как правило, расчеты энергетического потенциала ветра и волнения в современной научной литературе проводятся на основании многолетних рядов данных наблюдений (Onea and Rusu, Meteorol. Appl., 2014) или численных расчетов (Akpinar and Komurcu, Applied Energy, 2012). При этом статистические свойства используемых временных рядов, как правило, считаются стационарными. В действительности, это неверное предположение вследствие выраженного наиболее ярко в последние десятилетия изменения климата. Климат Черноморского региона находится под действием крупномасштабных атмосферных процессов, чья многолетняя изменчивость модулируется изменением активности соответствующих центров действия через прямые или дальние связи с другими процессами в системе океан-атмосфера (Oguz et al., J. Mar. Sys., 2006).
 Современные тенденции изменения режима ветра свидетельствуют о снижении скоростей ветра (не только для Черноморского региона, но и для всего Северного полушария), что связывают как застройкой окрестностей метеостанций, так и изменениях в режиме атмосферной циркуляции (Vautard et al., Nature Geosci., 2010; Баранова и др., Труды ГГО, 2007; Евстигнеев и др., Геоинформатика, 2011). Судя по данным работы (Polonsky et al., Reg. Environ. Change., 2014; Наумова В.А., Евстигнеев М.П.,Евстигнеев В.П.,Любарец Е.П., Труды УкрНИГМИ, 2010). Многолетняя изменчивость характерна для средних характеристик ветрового волнения в Черном море. Так, было показано, что штормовые условия в Черном море связаны с возникновением меридиональной формы атмосферной циркуляции, а типичный масштаб временной изменчивости максимальных высот волн (порядка 50 лет) может быть связан с Атлантической мультидекадной осцилляцией (АМО). Согласно указанным результатам учет фактора климатических изменений может существенно повысить достоверность статистических оценок и прогнозирования энергетического потенциала в будущем, если отказаться от гипотезы о стационарности временных рядов. Насколько нам известно, в подобной постановке, задача об оценке энергетических ресурсов отдельно взятых регионов (в том числе приморские) еще не была решена.

2. Наши исследования

В рамках создания Центра морских технологий и плана стратегического развития Севастопольского госуниверситета (СевГУ) создана группа изучения природных ресурсов Азовского и Черного морей, объединившая специалистов разных научно-исследовательских и производственных учреждений города, включая подразделение ФГБУ «Крымское УГМС» — Севастопольский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (СевЦГМС). Основными научными результатами является:
— создание единого банка гидрометеорологических данных по российской и украинской частям прибрежной зоны Азово-Черноморского бассейна за весь исторический период. Этот информационный массив является основой для проведения исследований в рамках предлагаемого проекта. 
— создание банков данных реанализов (NCEP NCAR и ERA Interim) для региона Черного и Азовского морей и всего Атлантико-Европейского сектора;
— создание электронного архива данных о положении и глубине основных барических объектов (центры циклонов и антициклонов, ложбины и гребни) у поверхности земли в Атлантико-Европейском секторе, составленный по сборно-кинематическим картам за период 1954-2010 гг.;
— впервые по данным сборно-кинематических карт за столь длительный период лет (1954-2010 гг.) проведен анализ южных циклонов, выходящих на район Азово-Черноморского бассейна;
— впервые на основе данных полуинструментальных наблюдений за волнением показано, что штормовые условия в Черном море связаны с развитием меридиональной формы атмосферной циркуляции, а типичный масштаб временной изменчивости максимальных высот волн (порядка 50 лет) может быть связан с Атлантической мультидекадной осцилляцией (АМО).
— впервые выполнена классификация крупномасштабных процессов в средней тропосфере на уровне по данным реанализа NCEP NCAR, приводящих к штормовым условиям в Азово-Черноморском бассейне. Были выделены 4 типа, отличающихся географической локализацией гребней и ложбин на изобарическом уровне 500 гПа в пространстве Атлантико-Европейского сектора, которые были отнесены к меридиональной форме атмосферной циркуляции.
— исследована применимость стандартных многолетних распределений скорости ветра и высот волн (распределение Вейбулла) в Азово-Черноморском регионе. Анализ показал, что при использовании стандартной методики ошибка в оценке скоростей редкой повторяемости, возможных один раз в 1,5,10 лет, может достигать ±5 м/с. Для оценок 50- и 100-летних скоростей отклонения могут превышать 5 м/с и достигать значений 6-8 м/с. Касаемо характеристики волнения, даже для высот волн с периодом повторяемости 1 год возможны отклонения до ±1 м. Максимальные отклонения в оценках составили ±2 м. Отмечаются отклонения при оценке характеристик штормов в прибрежной зоне в случае принятия гипотезы об их стационарности.

3. Наши публикации

1. Евстигнеев В.П., Наумова В.А., Евстигнеев М.П., Лемешко Н.А. Физико-географический фактор сезонного распределения линейных трендов температуры воздуха на примере Азово-Черноморского побережья // Метеорология и гидрология. – 2016. – №1. – С.29-40 (http://www.mig-journal.ru/archive?id=4075).

2. Polonsky A., Evstigneev V., Naumova V., Voskresenskaya E. Low-frequency variability of storms in the northern Black sea and associated processes in the ocean-atmosphere system // Reg. Environ. Change. –2014. – Vol.14, No.5. – P.1861-1871, doi: 10.1007/s10113-013-0546-z (IF 2014: 2.628) (http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10113-013-0546-z).

3. Евстигнеев В.П., Евстигнеев М.П., Кульбида Н.И., Наумова В.А., Швень Н.И., Мосунова Е.А. Создание унифицированной базы метеорологических данных Украины // Труды ВНИИГМИ-МЦД. – 2014. –Вып.178. – 175-184. (o-chernomorskom-basseyne-i-na-territorii-kryma» target=»_blank» rel=»noreferrer noopener» aria-label=»https://cyberleninka.ru/article/n/izmeneniya-temperatury-vozduha-v-azov
o-chernomorskom-basseyne-i-na-territorii-kryma (откроется в новой вкладке)»>https://cyberleninka.ru/article/n/izmeneniya-temperatury-vozduha-v-azov<br>o-chernomorskom-basseyne-i-na-territorii-kryma
)

5. Евстигнеев В.П. Скорости ветра и высоты волн редкой повторяемости на Азово-Черноморском побережье Украины // Геоинформатика. –2014. –№2. – С.56-64. (f» target=»_blank» rel=»noreferrer noopener» aria-label=»http://ecosafety-mhi.ru/phocadownload/2013_number27/part2/evstigneev.pd
f (откроется в новой вкладке)»>http://ecosafety-mhi.ru/phocadownload/2013_number27/part2/evstigneev.pd<br>f
)

7. Евстигнеев В.П., Наумова В.А., Евстигнеев М.П. Адаптация системы обработки и передачи данных гидрометеорологических наблюдений в Крымской республике в структуру Росгидромета // Труды ВНИИГМИ-МЦД. – 2015. –Вып.180. – 110-120. (http://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2014/EGU2014-974.pdf)

11. Евстигнеев В.П., Евстигнеев М.П., Наумова В.А., Любарец Е.П. Изменение климата и проблема получения адекватных климатических оценок на примере Азово-Черноморского региона // «Системы контроля окружающей среды – 2017»: Междунар. науч.-техн. конф., 6-9 нояб. 2017 г.: тезисы докл. — Севастополь, 2017. – С.105

12. Евстигнеев В.П., Наумова В.А., Евстигнеев М.П., Кириленко Н.Ф., Серикова И.М., Евстигнеева И.К., Танковская И.Н. Крупномасштабные процессы в глобальной климатической системе Северного полушария и некоторые последствия их проявления в Азово-Черноморском регионе // «Окружающая среда и устойчивое развитие регионов: экологические вызовы XXI века»: Труды III Межд. конференция, 27-29 сент. 2017. – Казань, Россия, 2017. – С.155-157. (http://kpfu.ru/portal/docs/F530625940/sbornik_tezisov.ready.pdf)

13. Евстигнеев В.П., Наумова В.А., Кириленко Н.Ф., Любарец Е.П. Эмпирико-статистический анализ событий синоптического масштаба на примере апвеллингов и сгонно-нагонных колебаний уровня моря в прибрежной зоне Азово-Черноморского региона // «Моря России: наука, безопасность, ресурсы»: Научной конференции, 3-7 октября 2017 г.: тезисы докл. – Севастополь, РФ, 2017. – С.124-125. (https://elibrary.ru/download/elibrary_30670574_45013101.pdf)

14. Наумова В.А., Евстигнеев М.П., Евстигнеев В.П., Любарец Е.П., Борисевич Н.С. Анализ однородности рядов данных наблюдений за ветром и температурой воздуха по отдельным пунктам Азово-Черноморского региона // Метеорология и гидрология. – 2018, принята к печати

15. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Выпуск 9. Гидрометеорологические наблюдения на морских станциях и постах. Часть 1 (РД 52.10.842-2017) / Разработчики: Остроумов В.З., …, Любарец Е.П.. – М.: ООО «Издательство ИТРК», 2017. – 375с. (http://ipk.meteorf.ru/images/stories/literatura/rd/52.10.842_2017.pdf)