Современные ВЭУ представляют собой автоматизированную электромеханическую систему по преобразованию кинетической энергии движущихся масс воздуха в электрическую или механическую с предъявляемым к ним требованиям [12]. Методика определения технических показателей эффективности использования ВЭУ детально изложена в работах [18-21].
Запишем систему уравнений для расчета выработки электроэнергии ВЭУ за период времени Т. Используя теоретические исследования [22, 23], будем иметь
Значения повторяемостей скоростей ветра в месте сооружения ВЭУ, как правило, неизвестно. Поэтому следует обратиться к методу непрерывной аппроксимации дискретного распределения повторяемостей [13]. Аппроксимирующие значения достигаются при применении трехпараметрического распределения Вейбулла, функция которого имеет вид
где а, Ь, с — коэффициенты сдвига, масштаба и формы соответственно.
С учетом зависимости (3.29) формула (3.28) принимает вид
А, В, C — коэффициенты распределения Вейбулла на высоте центра омываемой поверхности ветроколеса
С учетом зависимостей (3.29) и (3.31) можно записать следующие выражения для определения технических показателей эффективности использования ВЭУ.
Существенным является вопрос о стоимости энергии, вырабатываемой ВЭУ. В работах [24, 25] рассматриваются частные задачи, поэтому в этих работах не излагается обоснованная методика экономической оптимизации системы. Наибольшего внимания заслуживает метод расчета, приведенный в статье [20].
В соответствии с исследованиями, изложенными в работах [21, 22], экономическая эффективность ВЭУ определяется стоимостью электроэнергии, равной отношению суммарных дисконтированному отпуску энергии
На основе обобщения данных по большому количеству ветроагрегатов с широким диапазоном изменения параметров (диаметр ветроколеса D = 7,0...45,6 м; мощность N = 10...750 кВт; высота башни Н = 18...50 м) определены [21] коэффициенты аппроксимации в уравнении (3.48), минимизирующие сумму квадратов относительных отклонений стоимости: С() = 251 тыс. долл., Do = 27 м, 2V0 = 150 кВт, Но = 40 м, d = 0,70, п = 0,18, h = 0,12, δ = 2,0, ν = 0,71, χ = 2,3. При таких постоянных значениях параметров соотношение (3.48) описывает стоимость установок в диапазоне мощности N = 10...750 кВт с достаточно высокой степенью точности.
Использование в составе ВЭУ регулируемой гидравлической передачи позволяет более полно использовать энергию ветра (по предварительным данным на 10...20 %), а также более эффективно решить вопросы пуска и остановки ветроколеса [29]. В этом случае есть возможность разнести ветроколесо и электрогенератор. При этом электрогенератор, гидродвигатель, гидравлическая регулирующая аппаратура, приборы контроля работы ВЭУ, управляющая компьютерная техника размещаются в отдельном здании, что упрощает эксплуатацию установки.
Авторами работы [30] был выполнен расчет применения гидравлической передачи для ВЭУ мощностей от 5 до 1000 кВт. Исследование показало, что серийно выпускаемое гидравлическое оборудование позволяет реализовать регулируемые гидрообъемные передачи в ВЭУ мощностью до 250 кВт. Дальнейшее повышение мощности требует разработки специальных регулируемых гидромашин. В ВЭУ мощностью свыше 1050 кВт в качестве насосов можно использовать радиальнопоршневые гидромоторы, работающие в режиме насосов.
