Metsäisen maaston tuuliolosuhteiden analysointi
Kärkkäinen, Petteri (2018)
Kandidaatintyö
Kärkkäinen, Petteri
2018
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018050823630
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018050823630
Tiivistelmä
Uusiutuvan energian osuutta maailman energiantuotannossa halutaan kasvattaa, ja yksi sopiva energialähde on tuulienergia. Tuuliturbiinien rakentaminen on Suomessa ollut kasvussa, mikä tarkoittaa, että turbiineja rakennetaan entistä enemmän sisämaahan metsäiseen maastoon. Tämä tuo haasteita turbiinien rakentamiselle ja valinnalle sekä tuotannon optimoinnille. Metsäinen maasto, tai mikä tahansa virtauksien tielle osuva este, hidastaa tuulen nopeutta ja aiheuttaa tuuleen turbulenssia.
Tässä työssä analysoidaan metsäisessä maastossa mitatusta tuulidatasta tuuligradientin ja tuulen turbulenssin jaksottaisuutta ja tilastollisuutta. Turbulenssin osalta käytetään turbulenssin intensiteettiä. Jaksottaisuutta tarkastellaan vuorokauden ja vuodenajan mukaan. Tutkimusaineistona toimii Lappeenrannassa TuuliMuukon tuulipuistossa LiDAR-tutkalla (Light Detection And Ranging) mitattu tuulidata. Datan analysointiin käytetään Matlab-ohjelmaa.
Analysoinnissa havaittiin tuuligradientilla ja turbulenssin intensiteetillä olevan vuorokausijaksottaisuutta. Tuuligradientti vaihtelee vuorokauden aikana siten, että se on pienempää päivän aikana ja suurempaa yön aikana. Turbulenssin intensiteetti vaihtelee päinvastaisesti.
Tilastollisesti suurin osa tuuligradientin eksponenttiarvon arvoista on välillä 0,2-0,6. Tuuligradientin potenssiarvo vaihtelee vuodenajan mukaan hieman, ja pienimpänä potenssiarvo on lämpiminä kuukausina kuten toukokuussa. Graafisen tarkastelun perusteella tuuligradientti poikkeaa selvästi standardin mukaisesta arvosta ainakin maaliskuussa. Turbulenssin intensiteetin arvot jakautuvat välille 0,02-0,2, joista suurin osa on välillä 0,10-0,16. Turbulenssin intensiteetin jakaumien perusteella tuuliolosuhteet näyttävät olevan standardien mukaisia, pois lukien tarkastelluista kuukausista syyskuun jakauman, joka poikkesi standardin mukaisesta. There is a need to increase the share of renewable energy in the world’s energy production and one suitable energy source is wind energy. The construction of wind turbines in Finland has been growing, which means that the turbines are built more and more inland where the terrain is forested. This brings challenges for the construction, selection and optimization of production of the wind turbines. Forested terrain, or any other obstacle, slows down the wind and causes turbulence to the wind.
This bachelor’s thesis analyzes the wind conditions’, wind shear and turbulence, periodicity and statisticality from wind data that has been measured in forested area. Turbulence intensity is chosen to represent turbulence. Periodicity is viewed from the point of diurnal and seasonal variation. The research material used is wind data measured in Lappeenranta in TuuliMuukko wind farm with a LiDAR-radar (Light Detection and Ranging). Matlab-software is used to analyze the data.
The wind shear and turbulence intensity were observed to have periodicity in diurnal time interval. The wind shear varies such as it is smaller during day and bigger during night. The turbulence intensity varies the other way around.
Statistically the biggest share of the wind shear exponent’s values are between 0.2 and 0.6. The wind shear exponent varies a little by the season and the smallest it is during the warmest months like in May. Based on graphical review, the wind shear diverges clearly from the standard value at least during March. The values of turbulence intensity divide between 0.02 and 0.2, and the greater part are between 0.10 and 0.16. Based on the distribution of the turbulence intensity, the wind conditions look to be in accordance with standards, excluding September’s distribution which diverged from the standard values.
Tässä työssä analysoidaan metsäisessä maastossa mitatusta tuulidatasta tuuligradientin ja tuulen turbulenssin jaksottaisuutta ja tilastollisuutta. Turbulenssin osalta käytetään turbulenssin intensiteettiä. Jaksottaisuutta tarkastellaan vuorokauden ja vuodenajan mukaan. Tutkimusaineistona toimii Lappeenrannassa TuuliMuukon tuulipuistossa LiDAR-tutkalla (Light Detection And Ranging) mitattu tuulidata. Datan analysointiin käytetään Matlab-ohjelmaa.
Analysoinnissa havaittiin tuuligradientilla ja turbulenssin intensiteetillä olevan vuorokausijaksottaisuutta. Tuuligradientti vaihtelee vuorokauden aikana siten, että se on pienempää päivän aikana ja suurempaa yön aikana. Turbulenssin intensiteetti vaihtelee päinvastaisesti.
Tilastollisesti suurin osa tuuligradientin eksponenttiarvon arvoista on välillä 0,2-0,6. Tuuligradientin potenssiarvo vaihtelee vuodenajan mukaan hieman, ja pienimpänä potenssiarvo on lämpiminä kuukausina kuten toukokuussa. Graafisen tarkastelun perusteella tuuligradientti poikkeaa selvästi standardin mukaisesta arvosta ainakin maaliskuussa. Turbulenssin intensiteetin arvot jakautuvat välille 0,02-0,2, joista suurin osa on välillä 0,10-0,16. Turbulenssin intensiteetin jakaumien perusteella tuuliolosuhteet näyttävät olevan standardien mukaisia, pois lukien tarkastelluista kuukausista syyskuun jakauman, joka poikkesi standardin mukaisesta.
This bachelor’s thesis analyzes the wind conditions’, wind shear and turbulence, periodicity and statisticality from wind data that has been measured in forested area. Turbulence intensity is chosen to represent turbulence. Periodicity is viewed from the point of diurnal and seasonal variation. The research material used is wind data measured in Lappeenranta in TuuliMuukko wind farm with a LiDAR-radar (Light Detection and Ranging). Matlab-software is used to analyze the data.
The wind shear and turbulence intensity were observed to have periodicity in diurnal time interval. The wind shear varies such as it is smaller during day and bigger during night. The turbulence intensity varies the other way around.
Statistically the biggest share of the wind shear exponent’s values are between 0.2 and 0.6. The wind shear exponent varies a little by the season and the smallest it is during the warmest months like in May. Based on graphical review, the wind shear diverges clearly from the standard value at least during March. The values of turbulence intensity divide between 0.02 and 0.2, and the greater part are between 0.10 and 0.16. Based on the distribution of the turbulence intensity, the wind conditions look to be in accordance with standards, excluding September’s distribution which diverged from the standard values.