Основным типом ветродвигателя в настоящее время является двигатель крыльчатой конструкции, в котором вращающий момент создается за счет аэродинамических сил, возникающих на лопастях рабочего ветроколеса. В большинстве стран выпускают и применяют только крыльчатые ветродвигатели. Они отличаются большими коэффициентами использования энергии ветра и значительно большей быстроходностью.
Для оценки эффективности применения ВЭУ из кадастра ветроэнергетических ресурсов должны быть определены следующие основные показатели для предполагаемого места установки станции:
- среднегодовая 
и среднемесячная 
скорость ветра, на уровне ступицы ветроколеса (м/с);
- время энергозатиший и отключения ВЭУ из-за сильного ветра на уровне ступицы ветроколеса, 
, (час).
Техническая выполнимость проекта
Основными техническими характеристиками любой ВЭУ являются три критические скорости ветра, которые определяют ее рабочий режим:
- 
– минимальная или пусковая скорость – это скорость ветра при которой происходит пуск ветроколеса;
- 
– рабочая скорость, т.е. скорость ветра, при которой ВЭУ вырабатывает номинальную мощность;
- 
– буревая скорость, т.е. скорость ветра, при превышении которой выработка электроэнергии невозможна, так как ВЭУ должна быть остановлена во избежание механических повреждений.
Для наиболее распространенных в настоящее время ветродвигателей крыльчатой конструкции с горизонтальной осью вращения =2,0-4,0 м/с. На сегодняшний день, проект электроснабжения автономного объекта от ВЭУ технически возможен при выполнении условия: >2,0 м/с. В таблице 10 приведена шкала силы ветра по Бофорту у земной поверхности (на высоте 10-и метров над открытой ровной поверхностью).
|
|
Определение установленной мощност и ВЭУ
Принцип действия всех ветродвигателей заключается во вращении ветроколеса с лопастями под напором ветра. Вращающий момент ветроколеса через систему передач передается на вал генератора, вырабатывающего электроэнергию.
Кинетическая энергия 
воздушного потока с площадью поперечного сечения 
, имеющего плотность 
и скорость 
равна:
.
Для упрощения расчетов и, учитывая малую изменчивость значений плотности, используют величину плотности для стандартной атмосферы: =1,226 кг/м.
Механическая энергия ветродвигателя 
определяется коэффициентом использования энергии ветра 
, зависящего от типа ветродвигателя и режима его работы. Максимальное значение 
для быстроходных колес достигает 0,45-0,48.
Таблица 10 – Сила ветра по Ботфорту
Примечания:
1. Шкала Бофорта – условная шкала для визуальной оценки силы ветра в баллах по его действию на наземные предметы и по волнению на море.
2. Серым цветом выделен диапазон нормальной работы большинства стандартных ветрогенераторов.
Электрическая мощность генератора ветроэнергетической установки может быть определена по формуле:
,
где 
– радиус ветроколеса; 
– КПД электромеханического преобразователя энергии.
Так как величина электрической мощности, вырабатываемой ВЭУ, пропорциональна кубу скорости ветра, суммарная установленная мощность ветроэлектростанций 
должна определяться в соответствии со среднемесячной скоростью ветра в месте установки станций, минимальной в течение года, и рабочей скорости ВЭУ , при которой она вырабатывает номинальную мощность.
|
|
При < 
,
при > 
,
где 
– установленная мощность автономного объекта электроснабжения, кВт.
Для современных конструкций ВЭУ величина составляет:
=7,0-12,0 м/с.
Расчет экономических показателей
Для определения критериев экономической эффективности ВЭУ использованы технико-экономические показатели оборудования для ветроэнергетики, выпускаемого отечественными производителями [3].
Проведенный сравнительный анализ стоимостных показателей ветроустановок показал, что удельная стоимость 1 кВт установленной мощности ВЭУ мало зависит от ее полной мощности, и составляет:
=40000-60000 р./кВт.
В состав полнокомплектной ВЭУ входят электрический генератор, мачта ВЭУ и ветроколесо, система контроля напряжения, инвертор, аккумуляторная батарея. Полная стоимость комплектного оборудования ВЭУ определяется из выражения:
.
К капитальным затратам на ВЭУ следует также отнести стоимость проектных 
и строительных 
работ по определению месторасположения и установки станции на местности. Значения этих сатьей расходов могут быть приняты, например такими:
; 
,
где 
– коэффициент затрат на установку станции, (о.е.).
Затраты на установку станции включают в себя подготовку площадки и фундамента под ВЭУ и ее монтаж. Величина коэффициента в расчетах принималась постоянной и равной 0,04.
К эксплутационным расходам следует отнести затраты на обслуживание 
и ремонт 
:
; 
,
где 
– коэффициент затрат на ремонт (о.е.), принимаемый равным 0,2.
Количество кВ тч электроэнергии, которое способно выработать ВЭУ в год, определяется из выражения:
|
|
, кВтч,
где – время энергозатиший и отключения ВЭУ из-за сильного ветра на уровне ступицы ветроколеса, (час).