Наибольшая эффективность горизонтальных пропеллерных ВЭУ достижима только при условии обеспечения постоянной коллинеарности оси ветроколеса и направления ветра. Необходимость ориентации на ветер требует наличия в конструкции ВЭУ механизмов и систем ориентации на ветер для непрерывного слежения за ветровой обстановкой, поиска направления с максимальным ветровым потенциалом, поворота ветроколеса в этом направлении и его удержания в таком положении. Наличие в конструкции ВЭУ системы ориентации на ветер само по себе усложняет ветроагрегат и снижает его надежность (по данным опыта эксплуатации зарубежных ВЭУ этого типа до 13% общего количества отказов приходится на системы ориентации).
Кроме того, практически невозможно эффективно ориентировать ветроколесо при изменении направления ветра из-за запаздывания действия механизмов ориентации. Для ветроустановок средней и большой мощности с диаметром ветроколеса более 30-40 м эффективность его ориентации на ветер снижается вследствие некомпланарности и различия в скоростях ветрового потока по длине размаха лопастей, что приводит к невозможности установки ветроколеса на оптимальное направление ориентации. Из-за этого снижаются выработка электроэнергии (вследствие уменьшения используемой энергии ветрового потока) и экономическая эффективность ветроустановки.
К конструктивным недостаткам можно отнести то, что система ориентации разрывает жесткую связь между гондолой (корпусом ветроагрегата) и опорной башней горизонтально-осевой пропеллерной ВЭУ, чем обусловливаются появление автоколебаний и различие в частотных характеристиках подвижной и неподвижной частей конструкции, что, в конечном счете, снижает надежность и увеличивает амортизационные издержки.
Эффективность же работы вертикально-осевых ВЭУ принципиально не зависит от направления ветра, в связи с чем отпадает необходимость в механизмах и системах ориентации на ветер. Неравенство характеристик ветрового потока по высоте приводит лишь к некоторому выравниванию моментов поворота, снимаемых с лопастей [9].
3.1 Активные и пассивные системы ориентации
3.1.1 Активные системы ориентации
Различают два типа системы ориентации ротора горизонтально-осевых ветродвигателей на направление ветра: активную самоориентацию (за счет взаимодействия элементов ветроустановки с ветровым потоком), применяемую на ветроустановках малой и иногда средней мощности; пассивную (за счет внешнего приводного устройства), применяемую на ветроустановках средней и большой мощности.
Основные требования к системе ориентации ветроустановок на направление ветра следующие:
- точность ориентации должна быть не менее 4...5°, иначе при отклонении в 5° потеря мощности может быть до 10 %;
- скорость поворота гондолы (головки) не должна превышать 0,2...0,3 об/мин, чтобы не вызывать чрезмерного гироскопического момента
где 
- момент инерции ротора; 
и 
- угловые скорости вращения ветродвигателя и поворота гондолы соответственно;
- при всех режимах работы должна соблюдаться устойчивость положения гондолы в потоке, т.е. ориентация должна выполняться только при существенном и относительно долговременном изменении направления ветра, а не при случайных его пульсациях.
Активная система ориентации осуществляется следующими способами: хвостовым оперением (рис. 17, а); виндрозами (поворотными ветрячками, рис. 17, б); расположением ветродвигателя за башней (рис. 17, в) [1].
Рисунок 3.1 - Схемы устройств ориентации горизонтально-осевых ветродвигателей на направление ветра (вид сверху): а - при помощи хвостового оперения; б - при помощи виндроз; в - расположением за башней; г - при помощи электромеханического привода; 1 – лопасть; 2 - гондола; 3 - хвост; 4 -виндроза; 5 - червячное зацепление; 6 - шестерня электромеханического привода.
Ориентация при помощи флюгера («хвоста») отличается большой точностью, простотой конструкции, но имеет повышенную скорость поворачивания головки, увеличивает ее вес, усложняет уравновешивание.
Ориентация при помощи виндроз основана на том, что пока направление скорости ветра параллельно плоскости их вращения (оси ветродвигателя), виндрозы неподвижны. Они представляют собой небольшие ветроколеса, расположенные перпендикулярно к плоскости вращения основного ветроколеса. При направлении ветра под углом к оси ветродвигателя, на лопастях виндроз возникает крутящий момент, и они начинают вращатъся. Через механизм конических шестерен и червячной пары вращение передается на систему поворота головки ветродвигателя, пока она не встанет параллельно ветру, после чего вращение виндроз прекращается. Эту систему ориентации характеризует компактность, небольшие скорости поворота головки, высокая чувствительность, но конструкция ветроустановки усложняется.
Рисунок 3.2 – Система ориентации - виндроза
Ориентация при помощи расположения ветродвигателя за вертикальной осью его поворота основана на том, что вращающееся ветроколесо играет как бы роль флюгера, и при этом специальный механизм ориентации отсутствует. Эта схема ориентации характеризуется повышенной скоростью поворота головки, т. е. увеличением гироскопического момента, неустойчивостью ее положения в потоке, воздействием аэродинамического следа от башни на лопасти при их вращении.
3.1.2 Пассивные системы ориентации
ІІриводная (пассивная) система ориентации гондолы ветродвигателя на направление ветра используется на всех современных ветроустановках мощностью более 100 кВт (рисунок 3.1, г). Обычно используется сдвоенный электромеханический привод из двух электродвигателей, соединенных с шестеренчатыми редукторами. Сдвоенный привод обеспечивает большую жесткость между зубьями шестеренчатого колеса на опоре (башне) и на гондоле, что необходимо для уменьшения вибрации. Еще большую контактную жесткость обеспечивает гидропривод. Сигнал на начало и окончание вращения поступает от специальных устройств, измеряющих направление и скорость ветра и расположенных наверху гондолы, на ее подветренной стороне.
3.2 Методы регулирования ветродвигателей
3.2.1 Регулирование горизонтально-осевого ветродвигателя
Регулирование горизонтально-осевого ветродвигателя осуществляется поворотом лопасти. Поворот лопасти (или ее периферийной части), как способ регулирования ветродвигателя, является одним из наиболее употребляемых для ветродвигателей малой и средней мощности. Однако для ветроагрегатов мегаваттного уровня мощности механизм поворота становится сложным и громоздким. Регулирование ветроагрегатов большой мощности чаще всего осуществляется посредством предусмотренного расчетом срыва потока с неповоротной лопасти.
У ветродвигателей средних мощностей поворот лопастей выполняется механизмами с электрическим или гидравлическим приводом, размещаемыми в башне. Сигналом для такого поворота служит информация об изменении скорости ветра, частоты вращения, крутящего момента.
У ветродвигателей малых мощностей поворот лопасти осуществляется за счет воздействия ветрового потока на лопасть (аэродинамические системы регулирования различных модификаций) и воздействия центробежных сил, как самой лопасти, так и специальных грузов, устанавливаемых либо на самой лопасти, либо на главном валу ветродвигателя (центробежные системы регулирования различных модификаций).
Дополнительно на валу ветродвигателя может находиться пружина, которая через систему рычагов воздействует на положение лопасти.
При совместном использовании сил ветрового и центробежного воздействия образуются центробежно-аэродинамические системы регулирования.
На рисунке 3.3 схематически изображены силы и моменты, действующие на лопасть относительно ее продольной оси вращения, проходящей через точку 0. Центробежные силы, действующие на вращающуюся лопасть, имеют составляющую 
, которая создает момент 
центробежных сил лопасти, стремящейся повернуть лопасть в плоскость 
вращения ветроколеса.
Аэродинамическая сила 
, приложенная в центре давления профиля 
и перпендикулярная относительной скорости потока 
, натекающего на лопасть, создает момент 
аэродинамических сил. Момент аэродинамических сил стремится повернуть лопасть во флюгерное положение, в плоскость оси вращения ветроколеса 
.
Рисунок 3.3 – Схематическое изображение моментов сил, действующих на вращающуюся лопасть ветродвигателя: 1 – профиль лопасти; 2 – компенсирующие грузы; 3 – пружина
Дополнительно на жесткой связи ОВ с осью поворота лопасти могут располагаться компенсирующие грузы В. Возникающая при вращении лопасти центробежная сила 
этих грузов, создает момент 
, от которого компенсирующий груз стремится встать в плоскость вращения ветроколеса. Тем самым компенсируется (или перекомпенсируется) действие момента центробежных сил лопасти.
В зависимости от совместного воздействия на лопасть моментов , , и пружины (на рисунке 3.3 система ее рычагов не показана) может быть разработана та или иная система регулирования.
В англоязычной терминологии регулирование поворотом лопасти именуется «ріtch regulation».
3.2.2 Регулирование горизонтально-осевого ветродвигателя введением дополнительного сопротивления на роторе
Современные ветроустановки большой мощности регулируются методом заранее рассчитанного (при увеличении скорости ветра и соответственно при увеличении угла атаки 
) срыва потока с определенных участков лопасти, жестко закрепленной на роторе. В отечественной литературе ранее использовался термин «аэродинамическое саморегулирование», в современной англоязычной терминологии это «stall regulation».
Для реализации этого метода регулирования необходим специальный профиль лопасти, который должен обладать следующим свойством: при увеличении скорости ветра срыв потока с профиля лопасти должен начинаться с кормы профиля, а затем область срыва должна монотонно увеличиваться и продвигаться к передней части профиля. В результате зависимость коэффициента подъемной силы 
от угла атаки будет иметь вид кривой 1 на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 – Зависимость коэффициента подъемной силы от угла атаки : 1 – профиль, используемый для регулирования срывом потока; 2 - традиционный крыловой профиль
Прекращение роста коэффициента с ростом угла атаки ограничивает рост мощности ветродвигателя и сохраняет его значение на достаточно постоянном уровне. У традиционных крыловых профилей зависимость от подобна кривой 2 на рисунке 3.4, что приводит к снижению мощности с ростом скорости ветра в случае их использования для аэродинамического саморегулирования.
Следует отметить, что регулирование срывом потока с лопасти применяется на ВЭУ большой мощности с асинхронным генератором. Частота вращения электрогенератора определяется зависимостью крутящего момента электрогенератора от оборотов [1].
На двигателях малой мощности можно встретить регулирование при помощи установки на конце лопасти нескольких небольших тормозных поверхностей (открылков), аэродинамически тормозящих ветродвигатель за счет их поворота от действия центробежного механизма, размещенного внутри лопасти.
3.2.3 Регулирование горизонтально-осевого ветродвигателя пропуском ветрового потока мимо ветроколеса
Этот способ регулирования благодаря своей простоте нашел применение в ветроустановках малой мощности с многолопастными ветроколесами.
При выводе ветроколеса из-под ветра, т.е. при косой обдувке (в англоязычной терминологии - «yaw control») через него проходит меньшее количество воздуха. Кроме того, из-за изменения угла атаки на лопасти уменьшается подъемная сила.
Автоматический вывод ветроколеса из-под ветра осуществляется двумя способами: во-первых (рисунок 3.5, а), с помощью боковой поверхности («лопаты») 4, расположенной непосредственно за ветроколесом на специальном кронштейне, жестко закрепленном на головке ветродвигателя; во-вторых (рисунок 3.5, б), смещением оси вращения ветроколеса на некоторое малое расстояние 
от вертикальной оси поворота головки.
Рисунок 3.5 – Схема регулирования ветродвигателя выводом из-под ветра: а – при помощи боковой поверхности; б – за счет эксцентриситета; 1 – ветроколесо; 2 – пружина; 3 – флюгер; 4 – боковая поверхность
В первом случае (рисунок 3.5, а) при увеличении скорости ветра выше расчетной возникающее на «лопате» усилие поворачивает ветроколесо на некоторый угол 
. Во втором случае (рисунок 3.5, б) поворот ветроколеса происходит от действия на него осевого давления. В обоих случаях «хвост» 3 под действием ветрового потока находится в положении, параллельном направлению ветра, а пружина 2 растягивается, обеспечивая равновесное положение ветроколеса.
3.2.4 Регулирование вертикально-осевого ветродвигателя
Для регулирования вертикально-осевого ветродвигателя с Н-ротором Дарье (рисунок 3.6, б) наиболее часто используется поворот лопасти вокруг ее вертикальной оси. Механизм поворота может управляться центробежным регулятором, расположенным на основном вертикальном валу, или электрогидроприводом.
Рисунок 3.6 – Ортогональные вертикально-осевые ветродвигатели: а – ротор Дарье; б – ротон Н-типа; в – ротор Масгурова (в полусложенном положении) с изменяемым положением лопастей; г – ротор «жиромилл» (вид сверху) с изменяемым углом установки лопастей; д – ротор Савониуса (вид сверху); е – ротор чашечный (анемометр, вид сверху); ж – ротор шнековый; з – ротор пластинчатый с экраном, карусельный (вид сверху); 1 – лопасть, 2 – механизм управления положения лопастей; 3 - флюгер
Способ регулирования пропуском ветрового потока мимо лопастной системы ветродвигателя реализован в схеме с ротором Масгурова (рисунок 3.6, в). В этом случае каждая пара полулопастей из вертикального положения может сложиться в горизонтальное положение.
Введение дополнительного сопротивления на ветродвигателе может быть осуществлено при помощи различного вида тормозных закрылок, в том числе и поворотом всей задней части профиля лопасти.
Другой метод аэродинамического торможения использует несимметричное крепление каждой лопасти с ротором в центральной ее части при помощи горизонтального торсиона (рисунок 3.6, б). В случае увеличения частоты вращения выше номинальной лопасть под действием центробежных сил поворачивается вокруг горизонтальной оси торсиона и закручивает торсион, отклоняясь от своего вертикального положения. Наклонное положение лопасти (отклонение от вертикального положения) вызывает увеличение ее аэродинамического сопротивления.