Автоматизована система моніторингу метеорологічних параметрів для оцінювання вітроенергетичного потенціалу вітроенергетичної установки

Анотація

У статті розглянуто розроблення інформаційної системи моніторингу параметрів вітроенергетичної установки. Актуальність дослідження зумовлена зростанням популярності автономних джерел енергії для приватних домогосподарств, тоді як на ринку бракує універсальних недорогих рішень, а фахівці з вітроенергетики, що пропонують нові конструктивні рішення, потребують інструментів для їх експериментального тестування. Метою дослідження є створення інформаційної підсистеми моніторингу та підтримки прийняття рішень для експериментального стенда: моделі інформаційних потоків, структури апаратно-програмного комплексу збору даних, а також автономного засобу відображення й збереження результатів вимірювання без залежності від стороннього хмарного сервісу. У межах дослідження до вітроенергетичної установки застосовано підхід «чорної скриньки»: її стан оцінюється за сукупністю метеорологічних і аеродинамічно значущих параметрів а також електричної потужності, яка генерується – швидкості та напрямку вітру, температури, вологості й атмосферного тиску, а не за внутрішніми фізичними процесами перетворення енергії. Розроблений вимірювальний комплекс побудовано на платі ESP-WROOM-32 із чашковим анемометром, цифровим датчиком температури й вологості DHT11, датчиком атмосферного тиску BMP180 та вузлом визначення напрямку вітру, що поєднує магнітометр HMC5883L і магнітний енкодер кута повороту AS5600. Реалізовано власний Captive Portal – локальний веб-інтерфейс, який роздається точкою доступу ESP32 і відображає поточні показники та графік швидкості вітру за останні двадцять чотири години без потреби в інтернет-з'єднанні, тоді як погодинна історія вимірювань автономно зберігається на SD-карті. У роботі викладено теоретичні основи оцінювання вітроенергетичного потенціалу – розрахунок густини повітря за рівнянням стану ідеального газу та формулу потужності вітрового потоку з урахуванням межі Беца, – а також здійснено аналіз кліматичних даних м. Одеси за січень–серпень 2026 року, зібраних розробленим комплексом. Встановлено, що середня швидкість вітру в районі спостереження (близько двох метрів за секунду) є нижчою за поріг ефективної роботи класичних лопатевих вітрогенераторів, що є прикладом розрахункової картини, яку розроблена система надає фахівцю з вітроенергетики для оцінювання доцільності того чи іншого конструктивного рішення. Отримані результати засвідчують, що подібна інформаційна система моніторингу є необхідним інструментом підтримки експериментальних досліджень будь-якої малої вітроенергетичної установки.