الملخص
تم في هذه الورقة البحثية تحليل ظواهر سرعة الرياح لعام 2003 لمدينة المقرون الليبية بهدف دراسة أثر استقرار الغلاف الجوي على المنحنيات الجانبية لسرعة الرياح، وتأثير ذلك على كثافة الطاقة المتاحة. كان تقدير المنحنيات الجانبية عند ثلاثة ارتفاعات هي مشابهة للتكنولوجيا الحديثة لارتفاعات محاور التوربينات، وذلك باستخدام قانون الأس والقانون اللوغاريتمي الكلاسيكي والقانون اللوغاريتمي التصحيحي لشروط الاستقرار. لقد تم تصنيف شروط استقرار الغلاف الجوي المتاحة في مدينة المقرون، وقد تم الحصول على التغير الكلي في استقرار الغلاف الجوي إلى جانب تحديد الأنماط اليومية والموسمية. قامت الورقة بتحديد المنحنيات الجانبية لسرعة الرياح تحت ظروف استقرار الغلاف الجوي المختلفة؛ محايدة، مستقرة وغير مستقرة، فضلا عن تعيين كثافة القدرة وكثافة الطاقة بهدف تقدير الانحراف أو الاختلاف عند استخدام القانون اللوغاريتمي الكلاسيكي أو تحت الظروف المحايدة.
وتبين النتائج أن تجاهل تأثير استقرار الغلاف الجوي على المنحنيات الجانبية للسرعة كان ملحوظًا. عند أخذ قراءات استقرائية لسرعة الرياح على ارتفاعات قريبة من ارتفاعات محور التوربينات الريحية، ستكون هناك مبالغة في تقدير سرعات الرياح للحالة غير المستقرة. وفي ظل تقدير سرعة الرياح لحالته المستقرة لجميع المواسم بنسب مختلفة باستثناء موسم الصيف حيث تجاهل تأثير استقرار الغلاف الجوي سيؤدي إلى المبالغة في تقدير الرياح بسرعة للظروف المستقرة وغير المستقرة على حد سواء. تهيمن الحالة المستقرة على جميع المواسم، حيث يكون نصيبها 58% في الشتاء، و50% لكل من فصلي الربيع والخريف و42% في الصيف. ويمثل شرط المحايدة 29% لكل من فصلي الخريف والربيع، بينما 33% في الصيف و25% في فصل الشتاء. مساهمة حالة الجو غير المستقرة هي 25% في فصل الصيف، و21% لكل من فصلي الربيع والخريف و17% لفصل الشتاء. حالة الغلاف الجوي لمدينة المقرون تتميز بوتيرة عالية تتمثل في 68 في المائة للحالة غير المستقرة مع سرعة رياح منخفضة من 3-3.5 م/ث، وشرط المحايدة يتمثل في 65% للسرعات المتوسطة 6-6.5 م/ث، وأن 38 % تمثل الظروف المستقرة لسرعات الرياح فيما بين 4.4-5 م/ث.
ABSTRACT
Atmospheric stability conditions have a pronounced effect on velocity profiles and therefore on power density at a site and energy produced by wind turbines at these sites. So, accessing this effect is a main issue to be tackled in wind energy resource assessment and feasibility studies of any wind energy projects. In this paper wind speed observations for the year 2003 for Magroon city in Libya were analyzed in order to study the effect of atmospheric stability on wind speed profiles, and therefore on the available energy intensity. Wind speed profiles were estimated at three heights similar to recent technology turbine hub heights, using power law, classic logarithmic law, and corrected logarithmic law for stability conditions. The available atmospheric stability conditions in Magrun town were classified. The overall atmospheric stability variation was obtained as well as daily and seasonal patterns. Wind velocity profiles were determined at different atmospheric stability conditions, neutral, stable and unstable, as well as the power density and energy intensity in order to estimate the deviation or the difference when using the classical logarithmic law or neutral condition.
The results showed that ignoring the atmospheric stability effect on velocity profiles is noticeable. When extrapolating wind speed to heights close to wind turbine hub heights will result in overestimation of wind speeds for unstable condition and under estimation of wind speeds for stable condition for all seasons with different percentages except for summer season where ignoring the atmospheric stability effect will result in overestimation of wind speeds for both stable and unstable conditions. Stable condition is dominating all seasons, where its share is 58% in Winter, 50% for both Spring and Autumn and 42% in Summer. Neutral condition represents 29% for both Autumn and Spring, 33% in Summer and 25% in Winter. The contribution of unstable condition is 25% in Summer, 21% for both Spring and Autumn and 17% for Winter. Magrun's atmospheric status is characterized with high frequency of 68% for unstable condition with low wind speeds of 3-3.5 m/s, 65% neutral condition for medium wind speeds of 6-6.5 m/s, and 38% stable condition for wind speeds of 4-5.5 m/s.
