Розглянуто питання самозапуску вертикально-осьового вітродвигуна для малих та середніх розмірів вітроколіс за використання вітрових потоків низької потужності. Запропоновано аналітичний метод визначення оптимальних характеристик потоку повітря для продукування максимального тягового зусилля на всій траєкторії руху лопаті. Числовим моделюванням обтікання лопаті потоком повітря вирішено питання визначення аеродинамічних коефіцієнтів для заданого профілю, що з певним припущенням дозволяє відмовитися від натурного експерименту продувки профілю в аеродинамічній трубі. Запропоновано механізм впливу на ортогональне вітроколесо шляхом уведення допоміжного вектора швидкості з метою підвищення його аеродинамічних характеристик. Визначено показники крутних моментів на валу ортогональної вітротурбіни з прямими лопатями парусного типу. Доведено підвищення стартового тягового моменту. Для запропонованих конструкцій симетричних гнучких профільованих лопатей наведено інтегральні характеристики за змінних геометричних показників вітроколеса.

Створено недорогу, але ефективну конструкцію контрроторної вітроелектроустановки (ВЕУ) з вертикальною віссю обертання (ВВО). Безконтактну передачу згенерованої електричної енергії з якоря синхронних генераторів зі збудженням від постійних магнітів (СГПМ), а також дискретне регулювання електричної потужності здійснює спеціальний пристрій - трансформатор з обертовою половиною (ТзОП). Розроблено математичну модель ТзОП, розраховано його характеристики та створено методику проектування, яку уточнено моделюванням магнітного поля, а її адекватність підтверджено експериментальними дослідженнями на макетному зразку ТзОП. Створено імітаційну математичну модель контрроторної ВЕУ, що працює з турбулентним вітропотоком та визначено оптимальні режими роботи ВЕУ. Створено трипозиційну систему квазіоптимального керування навантаженням СГПМ, яка здійснює перемикання вторинних обмоток ТзОП за відхиленням реальної кутової швидкості СГПМ від оптимальної. Останню визначено на підставі обчисленої естиматором швидкості вітру за виміряними електричними змінними. Для потужностей ВЕУ в діапазоні від 0,4 до 10 кВт проведено техніко-економічне порівняння нової безконтактної контрроторної конструкції з базовим традиційним енергоефективним варіантом ВЕУ з ВВО, яке показало, що запропонована конструкція контроторної ВЕУ має на 11 - 42 % нижчу питому вартість.

Запропоновано нову модель потенціального обтікання проникного циліндра (ПЦ), який обертається, що дозволяє одержати аеродинамічні характеристики вертикально-осьових вітроенергоустановок (ВОВУ) з прямими лопатями за відомими геометричними параметрами ротору вітроенергоустановки й аеродинамічними характеристиками ізольованої лопаті. Встановлено зв'язок між геометричними та кінематичними характеристиками ПЦ і ротора ВОВУ з прямими лопатями. Удосконалено залежності для кутів атаки та швидкості, що набігає на лопать ВОВУ з прямими лопатями. Визначено аеродинамічні характеристики ізольованих лопатей вітроенергоустановок. Експериментально вивчений вплив аеродинамічних характеристик лопаті та геометричних параметрів роторів ВОВУ на їх аеродинамічні характеристики, одержано значення геометричних параметрів, що забезпечують максимальні значення коефіцієнта використання енергії вітру. Результати роботи дозволять вирішити проблему із самозапуском ВОВУ, підвищити коефіцієнт використання енергії вітру та збільшити ресурс ВОВУ, а також корисні у разі проектування в ВОВУ.

Розроблено метод і відповідне математичне та програмне забезпечення, що надасть змогу проводити імітаційне погодинне моделювання річної роботи досліджуваних вітросонячних систем електроживлення (ВССЕ) різних структур на основі створеної електронної бази метеорологічних даних. Зазначено, що для генерування електроенергії у ВССЕ використовуються вітроелектрична установка (ВЕУ) з вертикальною віссю обертання (ВВО) та фотоелектрична установка. Ціллю розробленого методу є здійснення параметричної оптимізації елементів ВССЕ з використанням генетичних алгоритмів за обгрунтованими критеріями ефективності їх роботи. Практичну цінність має нова конструкція ВЕУ з ВВО та концентратором вітропотоку, оптимальні параметри якої знайдено в результаті комп'ютерного моделювання аеродинамічних процесів. Визначено оптимальні для Львова значення кутів нахилу фотоелектричних панелей (ФЕП) під час стаціонарного їх встановлення та за азимутального стеження ФЕП за сонцем. Розроблено та досліджено шляхом комп'ютерного симулювання нову систему активно-пасивного керування навантаженням синхронного генератора з постійними магнітами у ВЕУ з ВВО, яка надає змогу застосувати недорогий електронний перетворювач постійної напруги зі встановленою потужністю втричі меншою за номінальну потужність ВЕУ. Створено також електромагнітний перетворювач механічної енергії в теплову як додатковий теплогенератор на валу вітроротора ВЕУ для безпосереднього перетворення надлишкової енергії вітру в теплоту, необхідну для побуту.

Мета дослідження - розвиток теорії автоматизованого проектування вітроенергетичних установок (ВЕУ) з вертикальною віссю обертання ротора. Обгрунтовано необхідність проектування ВЕУ з вертикальною віссю обертання комбінованого ротора, що забезпечує їх роботу в середовищі слабких вітрів, характерному для більшості території України. Визначено найбільш загальну декомпозицію задачі проектування ВЕУ. У зв'язку з тим, що система ВЕУ описується дуже великою кількістю змінних параметрів, що ускладнює обчислення критеріїв і функціональних обмежень, то задача проектування ВЕУ розбивається на етапи шляхом уведення ієрархії проектного опису по рівнях деталізації. Таким чином, розв'язання загальної задачі оптимального проектування ВЕУ подається як процес послідовного розв'язання локальних взаємозалежних задач оптимізації, які розташовано на різних рівнях ієрархії: вибір типів розгінних та основних роторів, визначення кількості розгінних роторів та місць їх розміщення по відношенню до основного, визначення кількості лопатей розгінних і основного роторів, оптимальний вибір профілів лопатей розгінних та основного роторів, оптимальний вибір конструкції лопатей з визначенням оптимального композитного матеріалу, із якого вироблено лопать, визначення оптимальних геометричних параметрів комбінованого ротора на основі використання математичних моделей аеродинаміки та міцності та множини обгрунтованих критеріїв з урахуванням обмежень та розв'язання задачі багатокритеріальної оптимізації. Показано, що з метою зниження витрат доцільно розробляти інтегровані САПР, частково використовуючи вже існуючі системи проектування, на основі застосування запропонованого метода інтеграції. На основі розробленого програмного забезпечення спроектовано ВЕУ з комбінованим ротором і проведено її випробування у віртуальній аеродинамічній трубі.

Розглянуто особливості роботи електромеханічної системи (ЕМС) нового класу вітроелектричної установки (ВЕУ) з аеродинамічною мультиплікацією (АМ), обгрунтовано схеми перетворення енергії в ЕМС ВЕУ АМ з метою підвищення ефективності ВЕУ АМ. На підставі комп'ютерного моделювання доведено ефект відбору максимальної потужності ВЕУ АМ за фіксованої частоти обертання вітротурбін під час зміни частоти обертання вітроколеса у функції швидкості вітрового потоку. Зазначено, що за малих швидкостей вітрового потоку (<5 м/с) виникає розбіжність максимальної можливої та реальної генерації до 0,1 Р_н електроенергії, яка може бути ліквідована зменшенням частоти обертання турбін вдвічі-втричі, що потребує застосування допоміжних перетворювачів частоти (ПЧ) потужністю до 0,2 Р_н. Проаналізовано ряд схем, використовуваних в ПЧ керованих мережею інверторів (КМІ), в тому числі і з імпульсним перетворювачем постійної напруги (ІППН). Визначено параметри та алгоритми керування ІППН. Обгрунтовано доцільність використання ПЧ в складі випрямлячів з ІППН і багатофазних КМІ, що сприяє зниженню собівартості ПЧ та мережі, що з'єднує ВЕС з енергосистемою. Розглянуто вимоги щодо швидкодії ІППН в залежності від параметрів фільтра LС ланки постійного струму і фазності КМІ. Зазначено, що використання високочастотних індукторних генераторів дозволяє, практично без збільшення їх маси, збільшити потужність ВЕУ АМ та її к.к.д. Для автономного режиму запропоновано ПЧ з трирівневим інвертором напруги, обгрунтовано алгоритми керування, що забезпечують прийнятні коефіцієнти спотворення напруги.

Рассмотрены методы управления и стабилизации параметров синхронных генераторов, применяемые в настоящее время в составе ветроэлектрических установок. Это, в частности, параметрическая стабилизация, стабилизация с помощью магнитных шунтов в магнитопроводе, с помощью подмагничивания частей магнитопровода, регулирование механическим перемещением частей магнитопровода, емкостная стабилизация и регулирование, регулирование дросселями насыщения, включением полупроводниковых ключей на выходе якоря, а также комбинированным возбуждением. Приведены элементы расчета некоторых схем.

Розглянуто особливості підключення електричних станцій, побудованих на основі використання відновлюваних джерел енергії, до електричних мереж (ЕМ) та їх вплив на режими роботи таких мереж. Визначено основні положення, що повинні враховуватися під час вибору місць встановлення таких станцій. Розглянуто особливості впливу певних режимів роботи ЕМ на ефективність роботи таких електричних станцій. В першу чергу, це стосується "слабких" електричних мереж, що характерно для деяких регіонів об'єднаної енергосистеми України.

На базі спрощеної кінематичної схеми горизонтально-осьової вітроустановки та з використанням рівнянь Лагранжа другого роду побудовано диференціальне рівняння обертального руху вітроколеса за дії на нього аеродинамічного моменту та моменту опору (навантаження). Визначення параметрів руху та побудову відповідних часових діаграм проведено з урахуванням змінної у часі швидкості повітряного потоку.

Виявлено можливі процеси енергетичних перетворень у системі електропостачання та розроблено нову математичну модель енергетичних процесів такої ВЕУ. Створено імітаційну модель електроенергетичної системи вітроустановки. Розроблено експериментальну ВЕУ з концентраторами повітряного потоку. Проведено експериментальне й аналітичне дослідження ВЕУ з приймачами вітру й одержано емпіричні залежності для неї від факторів впливу - швидкості вітру та навантаження. На основі розробленої методики сформовано технічні рішення, які покращують енергетичні характеристики електричної частини електроенергетичної системи МВЕУ на заданому рівні й які підвищують загальний к.к.д. вітроустановки під час роботи в слабопотоковому середовищі.

На основі виведених аналітичних залежностей для визначення коріолісових сил інерції, що виникають внаслідок обертання лопатей навколо трьох осей: вітроколеса (за взаємодії з повітряним потоком), башти (при зміні напрямку вітру) та лопаті (у разі зміни швидкості вітру), проаналізовано вплив кожної з них на елементарні ділянки лопатей. Надано відповідні графічні залежності та оцінено абсолютні величини коріолісових сил інерції в режимі розгону вітроколеса.

Зазначено, що використанню альтернативних і відновлювальних джерел енергії в цей час приділяється велика увага. Їх частка в світовому енергетичному балансі вже досягла впевненої ваги і передбачається подальший розвиток даного напрямку. Розглянуто застосування підвищуючих ефективність вітроустановок - підсилювачів вітрового потоку, принципи їх дії, конструкції.

Изложены результаты моделирования режимов работы ветроэлектрической установки с аэродинамической мультипликацией при переменной частоте вращения турбин. Предложены основные технические средства для повышения их эффективности работы.

На базі спрощеної кінематичної схеми горизонтально-осьової вітроустановки та з використанням рівнянь Лагранжа другого роду побудовано диференціальне рівняння руху гондоли за орієнтації вітроколеса за напрямком вітрового потоку. Визначення параметрів руху та побудову відповідних часових діаграм проведено з урахуванням змінних у часі швидкості та напрямку повітряного потоку.

Проаналізовано характерні відмінності між горизонтально- та вертикально-осьовими вітроустановками за різними критеріями. Вказано на переваги та недоліки кожної конструкції та обгрунтовано доцільність їх розвитку і використання для зростання енергетичної незалежності нашої країни.

Розглянуто існуючі конструкції систем орієнтації горизонтально-осьових вітроколіс за напрямком повітряного потоку. Проаналізовано можливості їх застосування у різних типах вітроустановок і вказано на переваги та недоліки.

Розроблено стохастичні математичні моделі динамічних навантажень вітроелектричних установок (ВЕУ) з асинхронними генераторами для визначення імовірнісних характеристик параметрів навантажувального режиму роботи. Вдосконалено стохастичну модель турбулентності повітряного потоку у приземному шарі атмосфери. Одержано аналітичний вираз та кількісні оцінки електромеханічної сталої часу ВЕУ. Обгрунтовано використання квазістатичного методу для визначення та дослідження імовірнісних характеристик ВЕУ. Розроблено стохастичні математичні моделі потужності та сили лобового тиску на ротор ВЕУ, визначено імовірнісні характеристики.

Освещены теоретические и практические проблемы создания автономных ветроэнергетических установок. Рассмотрены скоростные характеристики ветра, способы и методы ветроиспользования, схемы ветронасосных установок и возможности их применения в сельском хозяйстве. Дана информация об автономных ветронасосных и ветроэлектрических, в частности водоопреснительных, установках.

Вперше розроблено науково-методичні засади узгодження конфігурацій проектів сервісних та обслуговуючих систем, якими розкрито вплив їх конфігурацій на ефективність. Обгрунтовано множину головних задач управління конфігураціями проектів сервісних та обслуговуючих систем і розкрито взаємозв'язки між ними. Удосконалено методи ідентифікації конфігурацій проектів завдяки сумісному розгляду сервісних та обслуговуючих систем і узгоджено їх конфігурацій на різних етапах життєвих циклів проектів. Вперше розроблено множину методів і моделей для узгодження конфігурації проекту інтегрованої системи електрозабезпечення сільськогосподарських підприємств з використанням енергії вітру, які дозволяють поетапно встановити вплив конфігураційних баз на системні функціональні показники проекту та оцінити його ефективність. Одержали подальший розвиток методологічні засади управління змінами конфігурації у проектах з урахуванням динаміки їх ефективності.

На базі використання рівнянь Нав'є-Стокса запропоновано новий розв'язок актуальної задачі дослідження нестаціонарних процесів, що відбуваються під час обтікання роторів вертикально-осьових вітроагрегатів. Сформульовано загальну постановку зв'язаної задачі аеродинаміки та динаміки роторів вертикально-осьових вітроенергетичних установок. На базі осереднених за Рейнольдсом рівнянь Нав'є-Стокса нестисливої рідини та рівняння обертання твердого тіла відносно нерухомої осі побудовано математичну модель для дослідження взаємовпливу процесів аеродинаміки та динаміки роторів вертикально-осьових вітроенергетичних установок. Виконано розрахунки роторів Дар'є Савоніуса з різними геометричними параметрами та кількістю лопатей. Встановлено вплив чисел Рейнольдса, коефіцієнтів швидкохідності та заповнення на енергетичні характеристики роторів.