Класифікація вітрового потенціалу місцевостей за характером нерівностей

Таблиця 3

Клас нерівності	Типографія місцевості	Енергопотенціал
1	Відкрита місцевість без високої рослинності та лісів	6,8
2	Окремі будинки з відстанню 1000м між ними	4,6
3	Забудований район, ліси, пересічена місцевість	2,4

Оцінка енергозабезпеченості за балами залежно від характеру місцевості не завжди однозначна. Відомо, що після забудови місцевості або після насадження дерев її аеродинаміка може різко змінитися, може збільшитися кількість вітрового часу й зрости сила вітру. Те саме стосується й гірської місцевості. Незважаючи на значні захаращення в окремих місцях, пересіченість місцевості може утворювати щось подібне до каналів, в яких швидкість вітру набагато вища, ніж на відкритій місцевості.

Для кожної місцевості зміна швидкості вітру за висотою (епюра швидкостей вітру) має характерний вигляд, наведений на рис.7.

На малюнку видно, що крім середньорічної швидкості для кожної місцевості є свій профіль швидкостей, який, впливає на величину швидкісного напору. Ось чому для ефективного уловлювання вітру є своя оптимальна висота розташування вітроагрегату над рівнем землі. Так само, як і для середньорічної швидкості, попередньо робляться дослідження ефективної висоти розташування вітроагрегату при різних вітрових навантаженнях і потужностях самого вітроагрегату.

Є дві принципово різні конструкції вітроустановок: з горизонтальною і вертикальною віссю обертання. Більш поширені вітроустановки з горизонтальною віссю (рис. 8).

Основними елементами вітроенергетичних установок є вітроприймальний пристрій (лопаті), редуктор передачі крутильного моменту до електрогенератора, електрогенератор і башта. Вітроприймальний пристрій разом з редуктором передачі крутильного моменту утворює вітродвигун. Завдяки спеціальній конфігурації вітроприймального пристрою в повітряному потоці виникають несиметричні сили, що створюють крутильний момент. Залежно від потужності генератора вітроустановки поділяються на класи, їхні параметри та призначення наведено в табл. 4.

Класифікація вітроустановок

Таблиця 4

Клас установки	Потужність, кВт	Діаметр колеса, м	Кількість лопатей	Призначення
Малої потужності	15-50	3-10	3-2	Зарядження акумуляторів, насоси, побутові потреби
Середньої потужності	100-600	25-44	3-2	Енергетика
Великої потужності	1000-4000	>45	2	Енергетика

Оскільки вітер може змінювати свою силу та напрямок, вітрові установки обладнуються спеціальними пристроями контролю та безпеки. Ці пристрої складаються з механізмів розвертання вісі обертання за вітром, нахилу лопатей відносно землі за критичної швидкості вітру, системи автоматичного контролю потужності й аварійного відключення для установок великої потужності.

Вітроенергетичні установки з вертикальною віссю обертання мають перевагу перед установками з горизонтальною віссю, яка полягає насамперед в тому, що зникає необхідність у пристроях для орієнтації на вітер, спрощується конструкція та знижуються гіроскопічні навантаження, які зумовлюють додаткову напругу в лопатях, системі передач та інших елементах установки.

Різновидом вітроустановок з вертикальною віссю є так звана вітрова гребля, де сконцентрований повітряний потік спрямовується на установку за допомогою напрямлювачів у вигляді лісосмуг, штучних перегородок у вигляді панелей, надувних конструкцій, солом'яних блоків тощо. Схему вітрової греблі наведено на рис. 9.

Для розвитку вітроенергетики урядами різних держав прийнято відповідні законодавчі акти для зниження податку для тих, хто використовує вітроустановки. Наприклад, у Данії 75% вітроустановок є приватною або кооперативною власністю, власники установок звільняються від податку. В США власники вітроустановок отримують державний кредит від 0,5 до 1,5 цента за 1 кВт·год електроенергії, що продається. Цей кредит входить до податку, страхування або платні за землю. Для популяризації вітроустановок в Англії розроблено маршрути їх огляду для школярів під час літніх канікул. Виробництво електроенергії за рахунок вітроустановок у країнах ЄС наведено на рис. 10 (виробництво електроенергії переведено в т у.п.).

Вітроустановки виробляють електроенергію практично без забруднення довкілля, але вплив на нього мають: відведення під будівництво значних територій та зміни ландшафту, шумові ефекти, радіоперешкоди.

Проблема зменшення шумів розв'язується шляхом розташування вітроустановок на значних відстанях (допустимих за рівнем шуму - 40-50 децибелів) від житла. Отже, відстань від вітроагрегату до житла має становити 150 м, вітростанції - 250 м.

Теоретичні ресурси, тобто кінетична енергія вітру в межах території України, перевищують нинішнє виробництво електроенергії приблизно в 150 разів, а ресурси суші, які реально можна використовувати на сучасному рівні розвитку вітротехніки, перевищують ці обсяги вдвічі. Значно більші ресурси можливо залучити, використовуючи вітроелектричні станції "водного базування, насамперед на морі, де вітри сильніші та стабільніші. Приміром, лише вітровий потенціал Сиваша дозволяє виробляти електроенергії в 1,5-2 рази більше, ніж сучасні обсяги її виробництва в Україні.

Найбільшу перевагу для будівництва вітроенергетичних станцій (ВЕС) великої потужності віддають таким регіонам, як Крим, Карпати, узбережжя Чорного та Азовського морів, Донбас, проте це не означає, що в інших регіонах розвиток вітроенергетики не має великого значення. Значною перевагою ВЕС над ТЕС і АЕС є те, що капітальні витрати практично не "омертвляються", оскільки вітроустановка починає виробляти електроенергію через 1-3 тижні після її завезення на місце встановлення.

До сьогодні держава практично не приділяє належної уваги вітроустановкам малої потужності через їх начебто незначний внесок в економію органічного палива. В Україні сьогодні близько 30 тис. населених пунктів у сільській місцевості. Якби в кожному з них побудувати лише по одному вітроагрегату потужністю всього 1 кВт, то отримали б встановлену потужність 30 МВт.