2.2. Вихідні положення до розрахунку вітроенергетичних установок

Практика вітровикористання передбачає врахування двох акцентів під час проектування агрегатів:

• досягнення максимального виробітку енергії (робота ВЕУ на загальну мережу);

• забезпечення технологічної кількості годин роботи виробничих механізмів (автономні вітроустановки).

З урахуванням цих двох моментів обирають економічно доцільну номінальну швидкість вітру (v_н) (розрахункова швидкість), за якою розвивається номінальна потужність вітроустановки і починається регулювання її потужності. У першому випадку відношення v_н до середньорічної швидкості вітру становить 1,5...2. У другому випадку це співвідношення не рекомендується перевищувати в 1,25 разу.

Значення середньорічної швидкості вітру оцінюють за багаторічними спостереженнями метеостанцій. Проте слід врахувати, що режим виробітку енергії будь-якої реальної вітроенергоустановки описується нелінійною функцією

0 за v  v₀

Е за v₀  v  v_н

E_Н за v_н  v  v_кр

0 за v  v_кр

E(v) = ,

де v₀ – початкова швидкість вітру роботи ВЕУ; v_н – номінальна швидкість вітру; v_кр – критична швидкість вітру, за якої припиняється робота ВЕУ; Е – енергія, що може бути вироблена за дономінальних значень швидкості вітру; Е_н – енергія, що може бути вироблена за регульованої швидкості вітру.

Крім того, досвід практичного застосування енергії вітру показує, що її доцільно використовувати за середньорічної швидкості вітру понад 4 м/с.

Важливою характеристикою є вертикальний профіль вітру, тобто зміна величини його швидкості за висотою, тому для узгодження отриманих значень спостереження з висотою розташування осі ротора застосовують залежність, запропоновану Д. Т. Лайхтманом:

,

де v – шукана швидкість на висоті h; v₁ – швидкість вітру, що вимірюється біля Землі на висоті h₁; h₀ – висота, на якій швидкість вітру дорівнює нулю (вона залежить від шорсткості поверхні: для снігового покриття – 0,5 см; для поверхні з низькою травою – 3,2 см; з більш високими рослинами – 5…7 см; h_0max = 20 см).

Іншою, не менш важливою характеристикою, є значення граничної швидкості вітру в зоні розташування вітроенергетичної установки. Режимні характеристики такого вітру застосовують під час визначення надійності та довговічності агрегатів, а також під час проектування механізмів регулювання та виведення роторів з-під вітру. В Україні, де середня швидкість вітру не перевищує 5…7 м/с, швидкість вітру в бурю становить, відповідно, 40…50 м/с.

Згідно з методикою «Germanisher Lloyd» розрізняють такі зовнішні:

• нормальні – події, що відбуваються один раз на рік або частіше;

• граничні – події з ймовірністю перевищення один раз на 50 років.

Відповідно до зовнішніх умов, ВЕУ поділяють на п’ять класів: I–IV і S. Вони характеризуються десятихвилинним осередненням значень граничної швидкості вітру із середньою ймовірністю перевищення швидкості вітру , що осереднюється за тривалий проміжок часу (обидві швидкості на висоті маточини) (табл. 2.1).

Таблиця 2.1. Поділ зовнішніх умов

Швидкість вітру, м/с	Класи ВЕУ відповідно до зовнішніх умов
	I	II	III	IV
	50	42,5	37,5	30
	10	8,5	7,5	6

Максимальну швидкість вітру v_Е на висоті маточини з періодом осереднення 5 с та із ймовірністю перевищення один раз на 50 років, отримують множенням значень із табл. 2.1 на коефіцієнт 1,4.