Продолжение

 

 В горизонтально-осевых ВЭУ для увеличения эффективности отбора энергии ветра применяются несимметричные профили лопасти. Что в конечном итоге приводит к усложнению конструкции и технологии изготовления лопастей. Таким образом, пропеллерная лопасть горизонтально-осевых ВЭУ является более сложной, чем прямоугольная, симметричная относительно хордовой плоскости лопасть вертикально-осевой ВЭУ.
Инерционные нагрузки на лопасть горизонтально-осевой ВЭУ направлены вдоль лопасти, т.е. наиболее выгодным образом. Ступица колеса и элементы опорно-подшипникового узла относительно компактны и малогабаритны. Инерционные нагрузки на лопасть вертикально-осевой ветротурбины направлены поперек лопасти вдоль траверсы. Опорно-подшипниковый узел более габаритен и массивен.
Аэродинамические нагрузки на лопасть вертикально-осевой турбины имеют знакопеременный характер, что обуславливают повышенные требования к циклической прочности материалов.
Кроме этого вертикально-осевая ветротурбина кроме лопастей включает в себя и траверсы - конструктивные элементы служащие для крепления лопастей в рабочем положении. Таким образом вертикально-осевая ветротурбина в меньшей степени удовлетворяет требованиям рациональности силовой схемы, чем ветроколесо горизонтально-пропеллерного ветроагрегата. Как результат этого, вертикально-осевая ветротурбина оказывается массивнее горизонтально-пропеллерной. Между тем, при повышении мощности и размеров ВЭУ необходимо учитывать значительно меняющийся характер нагружения. Во-первых, аэродинамические нагрузки на лопасть горизонтально-осевых ВЭУ в верхнем и нижнем положении неодинаковы из-за разницы скоростей ветра по длине размаха ветроколеса. Лопасть работает в разных быстроходностях и передает ступице пульсирующий крутящий момент.
Во-вторых, возрастает влияние сил гравитации. Пульсирующие аэродинамические и гравитационные нагрузки существенно влияют на вибропрочность лопасти, ступицы и опорно-подшипникового узла, на который также возрастают нагрузки от сил Кориолиса при поворотах ветроколеса на ветер.
Теоретически коэффициент использования энергии ветра идеального горизонтально-пропеллерного ветроколеса и вертикально-осевой ветротурбины одинаков, так как роторы ВЭУ обоих типов используют один и тот же эффект подъемной силы, возникающей при обтекании ветровым потоком профилированной лопасти. В настоящее время уровень максимального коэффициента использования энергии ветра ВЭУ как горизонтально-осевых, так и вертикально-осевых составляет 0,4 - 0,45.
При эксплуатации вертикально-осевые установки нуждаются во внешних источниках энергии для разгона ротора, хотя известно множество технических решений, обеспечивающих самозапуск вертикально-осевых ветротурбин Дарье с изменением геометрических параметров лопастей, либо применением вспомогательных устройств (например, ротора Савониуса). Но усложнение конструкции ВЭУ приводит к снижению надежности, введение дополнительных аэродинамических устройств - к снижению мощности ветровой турбины, что в принципе хуже, чем принудительный разгон ветротурбины, тем более что для этого используется штатный генератор ВЭУ.
Отличительной особенностью вертикально-осевых ВЭУ является то, что практически во всем рабочем диапазоне ветров поддерживается оптимальная быстроходность, при которой реализуется максимальный коэффициент использования энергии ветра. Постоянство быстроходности обеспечивается изменением скорости вращения ветротурбины в соответствии с изменением скорости ветра. При этом на каждом ветре ветротурбина развивает максимальную мощность.
Рассматривая эффективность работы ВЭУ обоих типов необходимо отметить еще несколько положений. Во-первых, эффективность горизонтально-пропеллерной ВЭУ снижается за счет запаздывания системы ориентации гондолы с ветроколесом при изменении направления ветра и несовпадения оси вращения ветроколеса с направлением скорости ветра. Во-вторых, системы поворота гондолы для ориентации на ветер и поворота лопастей требуют соответствующих приводов т.е. при работе горизонтально-осевых ВЭУ на собственные нужды постоянно потребляют определенное количество электроэнергии, что в конечном итоге уменьшает годовую выработку выдаваемой энергии. Собственные нужды вертикально-осевых ВЭУ определяются только необходимостью раскрутки ветротурбины в момент запуска ВЭУ.