Для минимизации стоимости производимой ветроустановкой электроэнергии необходимо опираться на зависимость расчетной мощности ветротурбины от ометаемой ею площади. Для ветротурбин в качестве расчетной мощности принимают максимально возможную мощность, снимаемую приеё стабильной работе. Ясно, что большую часть времени работы ветротурбина бу­дет вырабатывать мощность меньше максимальной. Отношение расчетной мощ­ности к ометаемой площади ветроколеса называется удельной нагрузкой, или нагрузкой ротора. В современных машинах нагрузка ротора составляет от 300 до 500 Вт/м2.

Рассмотрим горизонтально-осевую ветротурбину пропеллерного типа Boeing Model 2. Диаметр ее ротора 91,5 м. На конце каждой лопасти рассматриваемая установка имеет поворотный участок длиной 14 м. Этим участком контролиру­ется запуск и остановка ветроколеса, а также корректируется скорость его вра­щения. Так, с помощью поворотных лопастей ветроколесо занимет флюгерное положение при больших скоростях ветра. На рис. 13.5 показана зависимость выходной мощности ветротурбины от скорости набегающего ветрового потока. Заметим, что пуск данной машины осуществляется при скорости ветра 3,9 м/с, а при скорости 6,3 м/с машина выходит на частоту 17,5 об/мин, при которой генератор начинает работать синхронно с электрической сетью.

Вырабатываемая мощность повышается при увеличении скорости ветра до

12,5 м/с, а затем она остается постоянной при дальнейшем росте скорости до

26,8 м/с.

При превышении этой скорости лопасти машины выводятся во флюгерное положение и она полностью останавливается во избежание поломки. В таком положении она может выдерживать скорости до 56 м/с. Ветротурбина выра­батывает 2,5 МВт электроэнергии при скоростях ветра в диапазоне от 12,5 до 25 м/с, хотя при скорости 25 м/с она могла бы вырабатывать в 8 раз большую

й Прим. ред. Использование искусственных концентраторов ветрового потока является не вполне очевидным техническим решением, однозначно приводящим к повышению эффективности преобразования ветровой энергии пропорционально коэффициенту геометрической концен­трации, поскольку в дозвуковом ветровом потоке стоящий перед ветроколесом концентратор вызовет перестройку воздушного течения и за его границами. Очевидно, что всю геометрически захватываемую концентратором массу воздушного потока не удастся направить на ветроколесо, представляющее собой для потока значительное гидравлическое сопротивление, значительная часть этой воздушной массы станет обтекать сам концентратор.

мощность, чем при 12,5 м/с. Ограничение вырабатываемой мощности, впрочем, как и полный останов турбины при больших скоростях, обусловлены прочно­стными ограничениями.

Ветротурбины зачастую работают совместно с электрической сетью. При этом частота вырабатываемой ветростанцией электроэнергии синхронизируется с частотой электрической сети.

13.1. ПРИНЦИПЫ АЭРОДИНАМИКИ