La ley de potencia del perfil del viento es una relación entre las velocidades del viento a una altura y las de otra.
Definición
La relación de la ley de potencia del perfil eólico es
dónde es la velocidad del viento (en metros por segundo) en altura (en metros), y es la velocidad del viento conocida a una altura de referencia . El exponente () es un coeficiente derivado empíricamente que varía según la estabilidad de la atmósfera. Para condiciones de estabilidad neutra , es aproximadamente 1/7 o 0,143.
Para estimar la velocidad del viento a una cierta altura z , la relación se reorganizaría para
Se asume comúnmente que el valor de 1/7 para α es constante en las evaluaciones de recursos eólicos, porque las diferencias entre los dos niveles no suelen ser tan grandes como para introducir errores sustanciales en las estimaciones (generalmente <50 m). Sin embargo, cuando se usa un exponente constante, no tiene en cuenta la rugosidad de la superficie, el desplazamiento de los vientos tranquilos de la superficie debido a la presencia de obstáculos (es decir, el desplazamiento del plano cero) o la estabilidad de la atmósfera. [1] [2] En lugares donde árboles o estructuras impiden el viento cerca de la superficie, el uso de un exponente constante de 1/7 puede producir estimaciones bastante erróneas, y se prefiere el perfil de viento logarítmico . Incluso en condiciones de estabilidad neutra, un exponente de 0,11 es más apropiado en aguas abiertas (por ejemplo, para parques eólicos marinos), que 0,143, [3] que es más aplicable en superficies terrestres abiertas.
Limites
El perfil del viento de la capa límite atmosférica (desde la superficie hasta alrededor de 2000 metros) es generalmente de naturaleza logarítmica y se aproxima mejor utilizando la ecuación del perfil del viento logarítmico que tiene en cuenta la rugosidad de la superficie y la estabilidad atmosférica . Las relaciones entre la potencia de la superficie y el viento se utilizan a menudo como una alternativa a las características logarítmicas del viento cuando no se dispone de información sobre la rugosidad o la estabilidad de la superficie.
Aplicaciones
La ley de potencia se utiliza a menudo en evaluaciones de energía eólica [4] [5] donde las velocidades del viento a la altura de una turbina (50 metros) deben estimarse a partir de observaciones del viento cerca de la superficie (~ 10 metros), o cuando los datos de velocidad del viento a varias alturas deben ajustarse a una altura estándar [6] antes de su uso. Los perfiles de viento se generan y utilizan en varios modelos de dispersión de la contaminación atmosférica . [7]
Densidad de energía eólica
Las estimaciones de la densidad de energía eólica se presentan como clase de viento, que van de 1 a 7. Las velocidades son las velocidades promedio del viento en el transcurso de un año, [8] aunque la distribución de frecuencia de la velocidad del viento puede proporcionar diferentes densidades de potencia para el mismo viento promedio velocidad. [9]
Clase | 10 m (33 pies) | 30 m (98 pies) | 50 m (164 pies) | |||
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Densidad de energía eólica (W / m 2 ) | Velocidad m / s (mph) | Densidad de energía eólica (W / m 2 ) | Velocidad m / s (mph) | Densidad de energía eólica (W / m 2 ) | Velocidad m / s (mph) | |
1 | 0 - 100 | 0 - 4,4 (0 - 9,8) | 0 - 160 | 0 - 5,1 (0 - 11,4) | 0-200 | 0 - 5,6 (0 - 12,5) |
2 | 100 - 150 | 4,4 - 5,1 (9,8 - 11,5) | 160 - 240 | 5,1 - 5,9 (11,4 - 13,2) | 200 - 300 | 5,6 - 6,4 (12,5 - 14,3) |
3 | 150-200 | 5,1 - 5,6 (11,5 - 12,5) | 240-320 | 5,9 - 6,5 (13,2 - 14,6) | 300 - 400 | 6,4 - 7,0 (14,3 - 15,7) |
4 | 200 - 250 | 5,6 - 6,0 (12,5 - 13,4) | 320 - 400 | 6,5 - 7,0 (14,6 - 15,7) | 400 - 500 | 7,0 - 7,5 (15,7 - 16,8) |
5 | 250 - 300 | 6,0 - 6,4 (13,4 - 14,3) | 400 - 480 | 7,0 - 7,4 (15,7 - 16,6) | 500 - 600 | 7,5 - 8,0 (16,8 - 17,9) |
6 | 300 - 400 | 6,4 - 7,0 (14,3 - 15,7) | 480 - 640 | 7,4 - 8,2 (16,6 - 18,3) | 600 - 800 | 8,0 - 8,8 (17,9 - 19,7) |
7 | 400 - 1000 | 7,0 - 9,4 (15,7 - 21,1) | 640 - 1600 | 8,2 - 11,0 (18,3 - 24,7) | 800 - 2000 | 8,8 - 11,9 (19,7 - 26,6) |
Ver también
Referencias
- ^ Touma, JS, 1977, Dependencia de la ley de potencia del perfil del viento sobre la estabilidad para varios lugares , J. Air Pollution Control Association, vol. 27, págs. 863-866
- ^ Counihan, J., 1975, Capas limítrofes atmosféricas adiabáticas: una revisión y análisis de datos del período 1880-1972 , Atmospheric Environment, Vol.79, pp. 871-905
- ^ Hsu, SA, EA Meindl y DB Gilhousen, 1994, Determinación del exponente del perfil del viento de la ley de potencias en condiciones de estabilidad casi neutrales en el mar , J. Appl. Meteorol., Vol. 33, págs. 757-765
- ^ Elliott, DL, CG Holladay, WR Barchet, HP Foote y WF Sandusky, 1986, Laboratorio del noroeste del Pacífico, Richland, WA. Atlas de recursos de energía eólica de los Estados Unidos
- ^ Peterson, EW y JP Hennessey, Jr., 1978, Sobre el uso de leyes de energía para estimaciones del potencial de energía eólica , J. Appl. Meteorología, vol. 17, págs. 390-394
- ^ Robeson, SM y Shein, KA, 1997, Coherencia espacial y decadencia de la velocidad y el poder del viento en el centro-norte de Estados Unidos , Geografía física, vol. 18, págs. 479-495
- ^ Beychok, Milton R. (2005). Fundamentos de la dispersión de gas de chimenea (4ª ed.). publicado por el autor. ISBN 0-9644588-0-2.
- ^ Clases de densidad de energía eólica a 10 my 50 m
- ^ Comparación de la energía eólica promedio anual en tres sitios con velocidades de viento idénticas.