Теоретическое введение. Кризисные явления в экономике особенно ост­ро ставят перед потреби­телями электрической и других видов энергии задачи постоянного снижения энергозатрат

Кризисные явления в экономике особенно ост­ро ставят перед потреби­телями электрической и других видов энергии задачи постоянного снижения энергозатрат, а также поиск дешевых и быстро окупаемых источников энергии. При этом характерной чертой развития современ­ной энергетики является широкое вовлечение в энергобаланс передовых стран мира возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

Так согласно Белой книге [1] Европейским со­обществом ставится за­дача к 2010 году удвоить долю ВИЭ в общем энергопотреблении. В частности ведущие страны мира планируют к 2030 году дове­сти долю ветровой энергетики в национальных энергобалансах до 15... 20 % (Дания до – 50 %, Германия – до 30 %, США – до 25 %, Китай –
до 15 %, Австралия – до 15 %) [2]. Отсутствие парниковых газов СО и С0₂ при выработке электрической энер­гии снижает губительные влияния на эколо­гию, что делает развитие ВИЭ еще более привлекательным [3]. В нашей стране энергия ветра издавна широко используется, главным обра­зом, в сельском хозяй­стве. Прежде всего, это мукомольное производ­ство, водоснабжение, подготовка кормов в животновод­ческих хозяйствах, орошение садов и огородных культур, освещение селений, в качестве приводов станков небольших ремонтных мастерских и т.д.

В настоящее время в Украине развитие ВЭУ ведется в соответствии с Комплексной программой, разработанной согласно Указа Прези­дента Украины №159 от 2.03.1996 «О строительстве ветроэлектростанций» и постановления Кабинета Министров Украины №137 2.02.1997.

Существует критерий определения рентабель­ности и окупаемости ВЭУ [4]. Согласно данному критерию среднегодовая скорость ветра должна находиться в пределах 5,1... 5,9 м/с. Такому крите­рию удовлетво­ряет большая часть восточ­ных и южных районов Украины.

Анализ различных литературных источников показывает, что разви­тие ВЭУ достаточно много­гранно и отражает современные достиже­ния науки и инженерного творчества в техническом их совер­шенствовании. При этом, следует отметить, что не­которые идеи пора­жают своей неординарностью, например, использование ветряных турбин, приво­димых в движение воздушным потоком от движе­ния транспорт­ных средств, проектирование роторов с внешним и промежуточ­ными кольцами, что поз­воляет увеличить диаметр ротора до 250... 300 м и ряд других.

Существует два основных класса ВЭУ – горизонтально- пропеллерные и вертикально-осевые. Последние стали интенсивно разви­ваться в основ­ном с начала 80-х годов 20 столетия. Сегодня мно­гие страны эксплуатируют вертикально-осевые вет­роустановки либо с криволинейными лопастями ротора Дарье (США, Канада, Нидерланды) или с Н-ротором (Великобритания, Украина, Румыния). Эф­фектив­ность работы вертикально-осевых ветроустановок принципиально не зависит от направления ветра. Поэтому для них отпадает необходи­мость в системах и механизмах ориентации на ветер. Наибольшая эффективность горизонтально-­пропеллерных ВЭУ достигается только при условии обеспечения постоянства коллинеарности оси ветроколеса и направления ветра. При этом необходи­мость ориентации на ветер требует наличия в кон­струкциях ВЭУ специальных механизмов и систем.

При этом, на наш взгляд, наиболее перспектив­ными являются гори­зонтально-пропеллерные ВЭУ с регулируемым углом поворота лопа­стей вокруг оси маха для обеспечения поддержания постоянства угловой скорости ротора в условиях изменения ско­рости и направле­ния ветра, а также нагрузки.