К настоящему времени в России создано несколько опытных образцов ветроэнергетических установок (ВЭУ) с диаметром ротора порядка 12м, что соответствует мощности 15-30кВт. Создан опытный образец ВЭУ мощностью 15кВт (производитель ЦКБМ, г. Санкт-Петербург), создано три опытных образца ВЭУ мощностью 16кВт (производитель "Ветро-Стар", г. Москва). По результатам испытаний опытных образцов ВЭУ была обоснована конструктивно-компоновочная схема ВЭУ мощностью 30кВт (ВЭУ-30кВт) по заказу фирмы "Инвест-ПРОФИТ". Конструктивные особенности ВЭУ-30кВт следующие: центробежно-пружинный регулятор прямого действия; стандартный 2-х ступенчатый цилиндрический редуктор вместе с генератором располагаются на ветроголовке; система ориентации на направление ветра - флюгер; не жесткая мачта с растяжками. Электрическая схема ВЭУ включает энергоемкий аккумулятор, инвертор сравнимый по мощности с ВЭУ и ТЭН для отвода избыточной мощности.

    Целью проектных работ является разработка конкурентно способного образца автономной ВЭУ-30кВт для серийного производства. Первый этап работ - изготовление опытного образца ВЭУ-30кВт и организация производства лопастей на предприятиях в Санкт-Петербурге. В рамках первого этапа была обоснована конструктивно-компоновочная схема и электрическая схема ВЭУ. Исполнителем проектных работ является фирма "Инвест-ПРОФИТ" (г. Санкт-Петербург).

    В России имеются наработки в области создания ВЭУ мощностью 15-30кВт.

    Санкт-Петербургским предприятием ЦКБМ был создан опытный образец ВЭУ мощностью 15кВт (ВЭУ-15кВт). Конструктивные особенности ВЭУ-15кВт следующие:

1) Двухлопастной ротор.

2) Центробежно-пружинный регулятор обратного действия.

3) Вращающий момент передается через поворотное устройство посредством конического редуктора. При этом генератор располагается неподвижно на мачте под ветроголовкой.

4) Жесткая ферменная мачта.

5) Виндрозный механизм ориентации.

6) Электрическая схема - прямое подключение неответственных нагрузок. Для ответственных - стабилизированный канал мощностью 2кВт.

    По результатам испытаний можно отметить удовлетворительную работу центробежно-пружинного регулятора. Наблюдались резонансные колебания башни, которые были впоследствии устранены (была увеличена жесткость мачты и понижена номинальная частота вращения ротора). ВЭУ была передана на опытную эксплуатацию в Казахстан. ВЭУ эксплуатировалась меньше года, так как вышел из строя редуктор.

    На основе данного образца был разработана ВЭУ мощностью 30кВт с трехлопастным ротором. По финансовым соображением проект не был осуществлен.

    Московская фирма "Ветро-Стар" разработала и изготовила 3 образца ВЭУ мощностью 16кВт (ВЭУ-16кВт). Конструктивные особенности ВЭУ-16кВт следующие:

1) Трехлопастной ротор.

2) Центробежно-пружинный регулятор прямого действия.

3) Вращающий момент передается через поворотное устройство посредством конического редуктора. Вращающий момент передается вниз через длинный вал. Генератор располагается внизу мачты.

4) Виндрозный механизм ориентации.

5) Электрическая схема - прямое подключение неответственных нагрузок. С увеличением скорости ветра нагрузки подключаются секциями.

    По результатам испытаний данной ВЭУ центробежно-пружинный регулятор работает нормально. Наблюдаются незначительные вибрации ветроголовки в горизонтальной плоскости и затруднено страгивание ротора в слабый ветер. Опытный образец ВЭУ-16кВт был смонтирован на объекте "Псковэнерго", где эксплуатируется с марта 2002г.

    Себестоимость ВЭУ-16кВт (Ветро-Стар) оказалась почти в 3 раза меньше, чем себестоимость ВЭУ-15кВт (ЦКБМ). Анализируя конструкции данных ВЭУ можно отметь следующие недостатки:

1) ВЭУ-15кВт производства ЦКБМ имеет двулопастной ротор. Данный ротор отличается повышенной частотой вращения, чем трехлопастной, кроме этого он обладает переменным моментом инерции относительно оси поворотного устройства. Все это приводит к повышенным нагрузкам, вибрациям и шуму. Центробежно-пружинный регулятор обратного действия на ВЭУ-15кВт увеличивает нагрузки на лопасти при увеличении скорости ветра выше расчетной. Для регулятора прямого действия нагрузки при тех же условиях уменьшаются.

2) Обе ВЭУ имеют конический редуктор, для передачи крутящего момента через поворотное устройство. ВЭУ-15кВт имеет 4-х ступенчатый редуктор оригинальной конструкции, две пары - конические. Трансмиссия ВЭУ-16кВт собрана из автомобильных узлов, имеется 3 ступени, две из которых конические. Из-за конических передач оба редуктора имеют низкий КПД и затрудняют страгивание ротора ВЭУ в слабый ветер. Для облегчения страгивания ВЭУ-15кВт имеет механизм повышения момента страгивания, ВЭУ-16кВт подобного механизма не имеет.

3) Обе ВЭУ имеют виндрозный механизм ориентации. Данный механизм подразумевает использование жесткой тяжелой и дорогой мачты, так как крутящий момент от ветроголовки передается на мачту. Виндрозный механизм также дорогой и тяжелый.

4) Основная часть мощности обеих ВЭУ расходуется неответственными потребителями (отопление). Отсутствие мощного аккумулятора не позволяет согласовывать графики поступления и потребления энергии.

    На основе анализа недостатков ВЭУ-15кВт и 16кВт, а также зарубежных аналогов была предложена конструкция ВЭУ-30кВт, которая отличается следующими особенностями (основные технические характеристики ВЭУ приведены в таблице):

1) Трехлопастной ротор диаметром 11,5м (такой же как у ВЭУ-15 и ВЭУ-30кВт).

2) Центробежно-пружинный регулятор прямого действия.

3) Стандартный 2-х ступенчатый цилиндрический редуктор вместе с генератором располагаются на ветроголовке.

4) Система ориентации - флюгер.

5) Не жесткая мачта с растяжками высотой 18м.

6) Электрическая схема включает энергоемкий аккумулятор, инвертор сравнимый с мощностью ВЭУ (от 10 до 30кВт) и ТЭН для отвода избыточной мощности. (по сути дела ВЭУ является зарядным устройством для аккумуляторов). Для обеспечения гарантированного энергоснабжения рекомендуется использовать дизель в качестве резервного источника энергии. Мощность дизель генератора может также как и у инвертора составлять от 10 до 30кВт.

    Предложенная конструкция решает большинство проблем, выявившихся при создании ВЭУ-15 и ВЭУ-16кВт, однако имеется также несколько недостатков:

1) Необходимо токосъемное устройство. Для генератора БГ-30, который использован на ВЭУ, необходимо иметь 4 силовых кольца и 4 для проводив управления генератором.

2) Конструкция ветроголовки тяжелее, так как на ней располагаются генератор и редуктор. Хвост не увеличивает массу ветроголовки, так как его масса сравнима с массой виндрозного механизма.

3) Использование флюгера увеличивает нагрузки на лопасти и конструкцию ВЭУ за счет более высокого гироскопического момента.

4) Использование аккумулятора большой емкости и инвертора большой мощности значительно увеличивает стоимость ВЭУ (почти в 2 раза). Однако это решение позволяет использовать любые нагрузки.

    Опытный образец ВЭУ-30кВт предполагается смонтировать на территории СЗНИИМЭСХ весной 2002.