Фотоэмиссиялық және термоэмиссиялық жүйелер 4 страница
Z ≈ 2π/d (R/d). (9.45)
Жалпы пайымдаулардан d ≈ kR және k ≈ 1 деуге болады, сонда жел дөңгелегінің оптималды жүйріктігі:
Z0 ≈ (2π/kn). (9.46)
Практика көрсеткендей шындығында k ≈ 1/2, сондықтан n-қалақты жел дөңгелегі үшін оптималды жүйріктік тең:
Z ≈ 4π/n. (9.47)
Мысалы, екіқалақты жел дөңгелегі үшін қуаттылық коэффициенті Ср Z0 ≈ 4π/2 ≈ 6 жағдайында максималды болады, ал төрт қалақты үшін Z0 ≈ 3.
Жоғарыда келтірілген талқылаулар тым қатал емес, дегенмен де олардың көмегімен алынған нәтижелер сенімді деуге болады. Мысалы, жете проильденген қалақты жел дөңгелегі жүйріктігінің оптималды коэффициенті шамамен (9.47) формулада берілгеннен 3 есе артық.
$ 9.5 қалақ айналып өтетін бұрыштың жүйріктік мәндеріне тәуелділігі көрсетілген. 9.13 суретте Z ≈ tg φ екені көрінеді. Сондықтан нақты бір жел дөңгелегінің максималды тиімді жұмыс жағдайы – желдің кез-келген жылдамдығы барысында оптималды φ бұрышының тұрақтылығын қамтамасз ету.
Бетц критерийін қорытқанда ($ 9.3) ағынның жел дөңгелегімен өзара әрекеттесуінің динамикалық эффектілері ескерілмеді. Ең құнды нәтижелердің бірі – Глауэрт критериі, ол Ср қуаттылық коэффициентінің максималды мәнін Z жүйріктікпен байланыстырады. 9.11 суретте Бетц пен Глауэрт критерийлері, сонымен қатар, жел дөңгелектерінің түрлі типтері үшін Ср Z-ке тәуелділігі көрсетілген. Жылдамдығы жоғары дөңгелектерді жобалау барысында қалақтардың айналу жылдамдығы дыбыс жылдамдығынан (330 м/с) аз болуы тиіс, бұл екпінді толқындары құрылуын алдын алу үшін жасалынады, мысалы, ол жел жылдамдығы 50 м/с кезінде екіқалақты жер дөңгелегі үшін орын алуы мүмкін.
Жел дөңгелегінің жүйріктігі оны сипаттаушы параметрлердің ең маңыздысы, ол үш негізгі айналмалыға тәуелді: жел дөңгелегі айналасының радиусы, оның бұрыштық айналу жылдамдығы мен жел жылдамдығы. Мөлшерсіз өлшем ретінде ол жел электрогенераторларын зерттеу мен құрастыру кезінде ең басты параметр болып табылады.
Сызықтық теорияны жел дөңгелегі жұмысының басқа режимдері үщін жалпылау. 9.6 суретте 0 < a < 0,5 диапозонында қуаттылық коэффициентінің а параметріне тәуелділігі көрсетліген. Осы диапозонда сызықтық теория әділетті және (9.16) арақатынасы орнайды, яғни:
Сp = 4а (1 – a)2. (9.48)
Онда (9.11) сәйкес а = 1 – u1/u0. (9.49)
Сызықтық теорияны жалпылау оның қолданылу диапозонын кеңейтуге және жел дөңгелегі мен ауа винттері (авиациялық пропеллер) сипаттамасының ортақ позициялары арқылы анықтауға мүмкіндік береді. 9.12 суретте а параметріне тәуелді жел дөңгелегі мен пропеллердің жұмыс режимі көрсетілген: 1) а < 0, Сp кері. Бұл тарту күшін тудыратын авиациялық пропеллердің жұмыс режимі. Бұл режимде пропеллердің осьтік жүктемесі ұшатын аппаратты алға тарта отыра, ауа ағынымен бағыттас келеді: 2) 0 < a < 0,5, Сp осы диапозонда жағымды және максимумына жетеді. A = 0, u1 = u0 және Сp = 0 кезінде жүктеме болмағанда жел дөңгелегі еркін айналады. Жел дөңгелегіне жүктеме жасағанда u1 жылдамдығы азаяды және қуаттылық коэффициенті жағымды болады. A = 1/3, u1 = 2u0/3 кезінде ол максималды мәніне жетеді ((9.17) мен (9.12) қараңыз). А = 1/2 кезінде сызықтық теориядан осьтік жүктеменің максимум мәні шығады (9.24) және айналу моменті коэффициенті Сt = 1 болады; 3) 0,5 < a < 1, Ср үнемі нөлге дейін төмендейді. Себебі, а = (u0 – u2)/2u0, демек а = 0,5, u2 = 0 болғанда, бұл диапозонда а сызықтық теориясын қолдануға келмейді. Практикада а = 0,5 шекарасын жел дөңгелегінің айналып өту турбуленттік режимі бастауы деп есептеуге болады, а = 1, Сp = 0 кезінде жел дөңгелегі ағынды қарқынды турбуленцияландырады және толқында пайдалы моментті жасамай айналады. Практикада бұл режим жел дөңгелегінің қалақтары үзік айналғанда пайда болады; 4) а > 1, бұл облыста u1 жылдамдық кері мәнді. Бұл режимде, мысалы, жерге түскенде тарту күші реверсі есебінен тежегенде ұшақтың ауа винттері жұмыс істейді, ол винт қалақтары тангаж бұрышы өзгерісімен іске асады. Винттердің осындай жұмысы келетін ауа ағынында қарқынды құйын пайда болуымен қатар жүреді.
9.5 Тоқ сызығы әдісі
Ауа ағыны жел дөңгелегі қалақтарын айналған кезде оның түрлі қималарында әрекеттесетін күштер әр түрлі болады. Горизонтальды-осьтік жел дөңгелегі сипаттамасын анықтау үшін осы күштердің қалақ ұзындығы бойымен орналасуын білу қажет. 9.13 суретте ағынның қалақтың жеке элементімен өзара әрекеттесуін анықтайтын негізге параметрлер көрсетілген. Айналу осінен r қашықтықта орналасқан қалақтың қимасы rw жылдамдығына ие, бұл жылдамдық ағынның жылдамдығына u1 перпендикуляр түрде бағытталған. Қалақтың қимасына қатысты ауа ағыны v1 жылдамдығына ие, ал v1 > u0; y – сыналану бұрышы, а – шабуыл бұрышы (ауа ағыны мен қалақ қимасы хордасы арасындағы бұрыш); φ = y + a. Сонымен қоса, φ = u1 / (Rw) = Z – жел дөңгелегі жүйріктігі.
Анықтама бойынша, FD – маңдай кедергі күші, ол v1 жылдамдығы векторына параллель жүреді, FL – көтергіш күш, в1 жылдамдығына перпендикуляр. Жел бағыты бойынша әрекеттесетін FA күші және оған тангенциальдә перпендикуляр FT күші FD мен FL арақатынасымен байланысты
Жел дөңгелегінің айналып ағуына қатысты тоқ сызығы әдісі ауа ағынын өзара әрекеттеспейтін сақиналы ағындар (әрбірі өзіндегі элементті айналып ағады) жиынтығы деп көрсетеді. Бұл әдіс жел дөңгелегі айналып ағуының барынша тиянақты физикалық моделін құруға мүмкіндік береді.
9.6 Жел сипаттамасы
Негізгі метеорологиялық мәліметтер. Әрбір елде метеоақпараттарды, соның ішінде жел бағыты мен күші туралы ақпаратты тіркейтін және таратын метеорологиялық станциялар бар. Ұлтттық метеоқызметтердің жұмысын Женевада орналасқан Бүкіләлемдік метеорологиялық ұйым үйлестіреді. Ең күшті жабдықталған үздіксіз бақылаушы метеостанциялардың өзі тек ең маңызды атмосфералық параметрлерді ғана тіркейді. Бізді қызықтыратын жел параметрлері әдетте стандартты 10 м биіктікте қала мен әуежай маңында орналасқан метеостанцияларда, яғни желден ең жақсы қоршалған аймақтарда тіркеледі. Сондықтан бұл мәліметтерді тек қарастырылатын ауданда жел энергиясы ресурстары жалпы бағалау үшін ғана пайдалануға болады, бірақ жел қондырғысыныі оптималды конструкциясн таңдау секілді нақты бір техникалық шешімдер қабылдау үшін олар жеткіліксіз. Бұл үшін әдетте көп нүктелерде және түрлі биіктікте әр түрлі айда жете бақылаулар жүргізу қажет. Бұл бақылаулардың нәтижесін стандартты метеоақпаратпен салыстыруға және болашақта олар арасындағы корреляцияны ескеруге болады.
Жел жылдамдығына метеостанциялар тарихи қалыптасөан Бофорт шкаласы арқылы классификация жүргізеді, оның негізінде визуалды бақылаулар жатады (9.1 кесте). Стандартты метеорологиялық өлшеулерде жел жылдамдығы 10 метр биіктікте орналасқан анемометрдің 10 минут ішіндегі көрсеткіштерінің орташасын шығару арқылы анықталады. Бұл өлшеулер әр сағат сайын қайталануы мүмкін, бірақ әдетте олар сирек жүргізіледі, сондықтан олар арқылы жел қондырғылары сипаттамасын есептеуге қажет жел жылдамдығы флуктуациясы мен оның бағыттары туралы шешім қабылдау қиынға түседі. Жел жылдамдығын үздіксіз өлшеу үшін арнайы анемометрді қолдануға болады, алайда олар инерциялы болып келеді. Жел жылдамдығын үздіксіз жазу үлгісі 9.14 суретте көрсетілген. Бұл суретте осы сигналдың жиілік сипатттамасы (спектрі) берілген.
Жел бағыты жел соққан жақпен анықталады. Жел бағыты туралы метеоақпараттар әдетте арнайы диаграмма («роза ветров») ретінде беріледі, түрлі бағыттағы желдің орташа жылдамдығы көрсетіледі (9.15 а сурет). Диаграммада орташа жылдамдық орнына әр бағыт үшін желдің жылдамдық бойынша таралуы көрсетілуі мүмкін (9.15 б). Жел қондырғыларын таулы аймақта, ғимараттар немесе басқа жел қондырғысы маңында орналастырғанда, яғни кейбір жел бағыты кезінде көлеңкеленуі мүмкін жағдайларда жел бағыты туралы ақпарат аса маңызды болады.
Жел параметрлерінің биіктікке тәуелділігі. Жел жылдамдығы әр түрлі биіктікте әр түрлі болады, сәйкесінше, желдің жел дөңгелектеріне әсері де әр түрлі болады. 9.16 суретте жер бетінен 100 м дейін биіктіктегі (z) жел жылдамдығы таралуы көрсетілген. Жер бетінде (z = 0) жел жылдамдығы әрқашан нөлге тең болады. Кейін осы жердегі түрлі кедергілердің (ғимарат, ағаш, т.б.) биіктігіне дейінгі аралықта жел жылдамдығы күрделі түрде артады, ал оның бағыты кездейсоқ түрде өзгере береді. Осы облыстан жел жылдамдығы биікттікке тәуелді түрдегі формуласы шығады:
Немесе uz салыстырмалы түрде анық түрде
Бұл жерде d – нөлдік деңгейдің жылжуы, оның мәні жергілікті кедергілердің биіктігінен біршама кіші; z0 – жылжыған нөлдік деңгейге қатысты кедергілер биіктігі; V – сипатты жылдамдығы. Жер бетіндегі жел параметрлері ерекшелігімен жете танысу үшін метеорология жұмыстарына жүгіну қажет, алайда негізгі түсінікті қорытынды – ауа ағыны қатты, бірқалыпты және жылдамдығы мен бағыты күлтілдеуі (флуктуация) аз болуы үшін жел дөңгелегі жергілікті кедергілерден біршама биік орнатылуы қажет.
Жел қондырғысын орнатудың ең жақсы орны – тегіс, күмбез тәрізді көлеңкеленбеген биіктік. Негізі, жел қондырғысы жүздеген метр радиуста жазықпен немесе су бетімен қоршалғаны дұрыс.
Әдетте жел қондырғыларының бас бөліктері 5-50 м биіктікте орналасады. uz жылдамдығын анықтау үшін осы биіктікте жиі жғдайда аппроксимациялы формуланы қолданылады, оған 10 м биіктікте өлшенген стандартты жел жылдамдығы us мәні кіреді,
Ашық жерлер үшін параметр bt = 1/7 = 0,14 . bt мәні неғұрлым кіші болса, жел дөңгелегінің төменгі және жоғары бөліктегі қалақтарына түсетін жүктеме айырмашылығы соғұрлым аз болады. bt парамтері мәні жыл мезгілдеріне қарай және әр күні әр түрлі болады, сондықтан оны мұқият қолдану қажет, әсіресе z > 50 биіктікте.
Жел параметрлерінің уақыт аралығындағы өзгеруі. Жел энергетикасының көптеген қолданбалы тапсырмаларында бір жыл ішінде жел қондырғысының жасап шығаратын жалпы энергия көлемі емес, оның тұрақты түрде қамтамасыз ете алатын қуаттылығын білу маңызды. Қатты жел кезінде, мысалы, 12 м/с, жел қондырғылары жеткілікті энергия мөлшерін жасап шығарады, көп жағдайда оны сақтауға тура келеді. Ұзақ уақыт жел болмауы немесе әлсіз жел кезінде қиындықтар орын алады. Сондықтан жел энергетикасы үшін желдің орташа жылдамдығы 5 м/с аспайтын аудандар тиімділігі аз, ал 8 м/с асатын аудандар тиімді болып есептелінеді. Бірақ барлық жағдайда жергілікті метеожағдайларда қолданылатын жел қондырғылары параметрлерін мұқият таңдау керек. Теориялық талдауға өтпес бұрын, сол үшін қажет жел параметрлерін талдаудың әдістемесін мысал ретінде қарастырайық.
9.1 мысал. Норт Роналдсай аралындағы жел жылдамдығын өлшеудің нәтижелерін талдау. Анемометр 10 м биіктікте ашық жерде жел электрогенераторын орнату орны маңында орнатылған. Жыл бойы әр күн сайын 5 рет жел жылдамдығын 10 минуттық өлшеулер жүргізілді: 9:00, 12:00, 15:00, 18:00, 21:00. 9.3 кестеде осы өлшеулер мен оларды өңдеудің кейбір нәтижелері берілген.
Өлшеу нәтижелерін өңдеу іс-шарасы келесідей.
1. Жел жылдамдығын өлшеу нәтижелері Δu = 1 м/с с интервалымен топтарға бірігеді, яғни жылдамдығы 0,0-0,9 м/с, 1,0-1,9 м/с, т.б. топтар. Өлшеулердің жалпы саны N = 1763, оның 62-сі қате өлшеу ретінде алынып тасталды.
2. Әр топта өлшеу саны есептеледі және ΔN (u)/ Δu анықталады (9.3 кестеде dN / du ретінде белгіленген). ΔN (u)/ Δu өлшемі – өлшемдік жылдамдық интервалындағы өлшеулер саны – жел жылдамдығын орналастыру қызметі тығыздығы. Ельта у жылдамдық интервалы қандай екенін ескеру маңызды (бұл жағдайда дельта у тең 1 м/с).
3. мөлшері анықталады – жел жылдамдығының таралу мүмкіндігі. 9.17 суретте Фu-дің u тәуелділігі көрсетілген. Ф функциясы мәні жылдамдық интервалына кері пропорционал. Фидельта и туындысын жел жылдамдығы мәндері интервалында болатын жыл мезгілі ретінде қарастыруға болады.
4. Жел жылдамдығының орташа мәні umΣΦu = ΣΦuu теңдігімен анықталады, Фu функциясы осылай нормалануы тиіс, ΣΦu Δu = 1. 9.17 суретте көрсетілген um жылдамдықтың орташа мәні 8,2 м/с тең. Бұл мән ықтималдық таралудың максимумына сәйкес жылдамдық мәнінен (6,2 м/с) артық.
5. Жылдамдығы u’ берілген мөлшерден артық желдің пайда болуы Фu > u’ ықтималдығын анықтау үшін болатын барлық жылдамдық интервалдарын бірге қосу қажет. Фu > u’ ықтималдығының басқа интерпретациясы – жылдамдығы артық болатын жыл мезгілі бөлігі. Фu > u’ ықтималдығы – мөлшерсіз өлшем. Оның графигі 9.18 суретте көрсетілген.
6. Өлшемдік қиманың жел ағыны қуаттылығы (үлестік қуаттылығы) . Егер . Р0 Ф0 жел энергиясын бөлу қызметі екені анық (9.19 сурет). u = 12,5 м/с, яғни ең ықтимал жылдамдықтан екі есе артық жел жылдамдығы кезінде максимумға жетеді.
7. 9.20 суретте өлшемдік жел ағыны өлшемдік қимасы қуаттылығының Фu > u’ ықтималдыққа тәуелділігі көрсетілген. Бұл ықтималдық берілген қуаттылықтағы жел ағынын күту ықтималдығын анықтауға мүмкіндік береді.
9.3 кесте. Жел жылдамдығын өлшеу нәтижелерін статистикалық талдануы (9.1 мысалға)
Ескерту. Ең ықтималды жылдамдық 6,2 м/с,
9.1 мысалда келтірілген талдау жыл бойы жел жылдамдығына жүргізілген жүйелік өлшемдердің нәтижелерін статистикалық өңдеуге негізделген. Дәл осындай әдістемені 9.14 б суретте көрсетілген аз уақыт аралығында алынған жел жылдамдығының үздіксіз жазбасын талдау кезінде де қолдануға болады.
Жел жылдамдығының 1/10 с-1 жиілікпен күлтілдеуіне назар аудару қажет. Осы жиіліктегі флуктуация тек мөлшеріне қатысты ғана емес, жел қондырғыларының құрылымы элементтерінде ең қауіпті кернеулерді туғыза алады. Жел жылдамдығының осы флуктуациясына тән масштаб – жел жылдамдығының стандартты ауытқуларының оның орташа мәніне қатынасына тең турбуленттік пульсациясы қарқындылығы, яғни аз уақыт аралығындағы (бірнеше минут аралығында) жел ұйытқуларында турбуленттік пульсация сипаты бар.
Жел жылдамдығын бөлудің сипатты функциялары. 9.1 мысалда көрсетілген жел сипаттамасының талдауы тәжірибелік мәліметтер сілемін математикалық өңдеуге негізделген. Егер тәжірибелік мәліметтерге сәйкес жел жылдамдығын бөлу қызметінің Фu аналитикалық өрнегі болса, бұл талдау қарапайымдырақ болушы еді. Бұл жағдайда, біріншіден, жел жылдамдығын өлшеу сандары кенет азаюшы еді және, екіншіден, жел қондырғыларының сипаттамаларын аналитикалық есептеу үшін мүмкіндік туады.
Жоғарыда аталған мәндерді қолдана отыра келесі формуланы аламыз:
Осыдан шығатыны:
.
Практика көрсеткендей, екі параметрлік көрсеткіш функция тәжірибелік мәліметтермен жақсы аппроксимацияланады. Осындай жиі қолданылатын функцияның бірі – Вейбулла функциясы, Фu > u’ кезінде:
немесе
.
k = 1,8/2,3 және с параметрі мәні желдің um орташа жылдамдығына жақын кезде тәжірибелік мәліметтермен сәйкес болады.
Көп жағдайда өрнекті (9.58) одан да қарапайым қылуға болады, яғни к = 2 болғанда бір параметрлі Рэлей бөлінісіне (немесе х-квадратты бөліну) келтіру:
Жел u жылдамдығының орташа мәнін Фu ықтималдық функциясы арқылы көрсетейік:
(9.60) формуласына Вейбулла функциясын салғанда келесі өрнек шығады:
деп белгілейік, сонда болады және өрнек келесі түрге енеді:
Бұл жерде бөлімі бірге тең, ал алымы – гамма-функция немесе факториал деп аталатын стандартты функция және былай белгіленеді:
Гамма-функцияда аргументті z емес, (z + 1) белгіленетіндіктен, (9.62) кeлесідей болады:
Гамма-функцияның белгілі қасиеттерін пайдалан отыра, un айнымалының орташа мәнін анықтау қиын емес, бұл жерде n – тұтас немесе бөлшек сан. Жалпы жағдайда Вейбулла функциясы осындай:
n = 3 болғанда
Осыдан жел энергиясын анықтауға болады.
Метеобақылаудың нақты мәліметтерін аппроксимациялау кезеңінде с мен к параметрлері мәні Вейбулла бөлінісі арқылы анықталады. Бірақ егер у мен у3 белгілі болса, с мен к параметрлері (9.64) және (9.66) теңдеулері жүйесімен анықталады. Метеоақпараттарды біріншілік өңдеудің заманауи әдістері көптеген жеке зерттеулер нәтижесіне қарамай-ақ, u мен u3 оңай анықтауға болады.
С мен к параметрлерін анықтаудың тағы бір әдісі өлшеуі және u мен стандартты ауытқуына (дисперсия) негізделген, ол арқылы мөлшерін, сәйкесінше 2 анықтауға болады.
9.2 мысал. Рэлей бөлінісінің кейбір қасиеттері. Рэлей бөлінісі үшін келесі теңдіктер орын алатынын көрсетіңіз:
1)
2)
3) болғанда Фu максималды болады;
4) болғанда Фu u3 максималды болады.
Шешімі. (9.62) к=2 кезде
Анықтама бойынша
Және осы интегралдың белгілі мәнін қоятын болсақ,
Рэлей бөлінісі келесі түрге енеді:
Ал (9.55) келесідей болады:
Анықтамаға сәйкес
Ал гамма-функциясы интегралы арқылы
Бұл жерде К – Рэлей бөлінісіне тең ассиметрия коэффициенті. К = (6/π) =1,91.
(9.72) және алынған К коэффициенті мәнін пайдалана отыра, жел ағынының орташа үлестік қуаттылығының орташа жылдамдғына тәуелділігін анықтаймыз:
Сонымен қатар,
Гамма-функцияның интегралды қатынасын дифференциялап және пайдалана отыра, Фu мен Фu u3 функцияларының максимумына сәйкес у жылдамдығын анықтаймыз:
болғанда Фu максималды болады. (9.75)
болғанда Фu u3 максималды болады. (9.76)
9.3 мысал. Рэлей бөлінісін метеорологиялық өлшеулердің нәтижелерімен салыстыру.
9.2 мысалдағы нәтижелерді 9.3 мысалдағы метеорологиялық өлшеулермен салыстырамыз.
Шешімі. U = 8,2 м/с өлшемінде. (9.75) у мәні үшін кезінде Ф максималды болады. 9.19 суретте бұл мөлшер 6,2 м/с тең.
(9.76) қарасақ, кезінде (Фи у3) максималды болады. Өлшеулер нәтижесі бойынша ьұл мөлшер 12,5 м/с тең.
(9.74) қарасақ, , нәтижесінде (43) 1/3 – 10,1 м/с.
Кез-келген бөлініс u Фu., Фu > u’, u/u’ айнымалылары мөлшерсіз болады. Вейбулла бөлінісі кезінде k параметрі де мөлшерсіз болады. Жел жылдамдығының нақты мәндеріне тәуелсіз бөліну функциялары қызметі атқарылуына жол беретін мөлшерсіз параметрлер көп жағдайда ыңғайлы, мысалы, тек желдің орташа жылдамдығы мәні ғана белгілі кезде. Аппроксимациялық Вейбулла бөлінісінде k параметрі 1,6-3,0 диапозонында болады. С ≈ 2u/√π мөлшері k = 2 = const Рэлей бөлінісі мөлщерінен 1 паыз артық ерекшеленбейді, сондықтан деп көрсетуге болады. Бірқатар жұмыстарда k параметрі мәні тек қарастырылатын аймақтың топографиялық ерекшеліктеріне және жалпы жел сипаттарына (синоптика) тәуелді екені туралы гипотеза тексерілді. Егер осылай болса, онда желдің ұзақ уақыт метеобақылаулар нәтижесіндегі орташа жылдамдығын білу u3 және желсіздіктің жиілігі мен период ұзақтығын бағалауға мүмкіндік береді.
9.7 Жел дөңгелегінің жел энергиясын пайдалануы.
Жел дөңгелегіне ауа ағыны арқылы берілетін энергия үлесі (Сp қуаттылық коэффициенті) $ 9.3 анықталған. Ср мөлшері жел жылдамдығының жұмыс істеу диапозонында З жел дөңгелегінің жүйріктігіне тәуелді. Нақты бір жел жағдайында жел қондырғысын орнату үшін жел дөңгелегінің сипаттамасы алдыға қойылған мақсаттарға сәйкес таңдалады. Әдетте екі негізгі талаптың біреуі басшылыққа алынады: 1) жыл бойы өндірілетін энергия өндірісін максимумге жеткізу, нәтижесінде ортақ энергожүйелердің жылу электр станциялары жанармайды қолдануы азаяды, немесе 2) әлсіз жел кезінде де энегрия өндірісінің белгілі бір минимумын қамтамасыз ету, нәтижесінде сумен қамтамасыз ету сорғыштары жұмысқа қабілеттілігі сақталады. Сонымен қатар, жел дөңгелегі сипаттамасын таңдау барысында олар тікелей тоғысатын агрегаттардың (генератор, сорғыш, т.б.) сипаттамаларын ескеру қажет. Сонымен, жел ағыны энергиясын жел қондырғысы тиімді пайдалану тапсырмасы өтек күрделі, көптеген факторларға тәуелді және практикада жел қондырғысын таңдау сол облыстағы күрделі дәстүрлермен күрделенеді.
Жел ағыны арқылы жел қондырғысына өткен энергия – жел дөңгелегі білігіндегі энергия. Е – Т уақытта жел дөңгелегіне берілген ағын энергиясы, ал Еu – бірлік өлшемдік жылдамдық интервалында у жылдамдықтағы жел ағыны арқылы берілген осы энергияның бөлігі. Сонда:
Егер ауа тығыздығы тұрақты болса, жел дөңгелегі білігінде орташа қуаттылық формуласы келесі:
Осы интегралдың мәнін есептеу үшін Сp коэффициентінің ағын жылдамдығына тәуелділігін білу қажет. Ол үшін жылдамдық диапозонын төрт бөлікке бқлеміз (9.21 сурет).
1) Жел жылдамдығы жел қондырғысы қосылатын uci жылдамдығынан аз. Бұл диапозонда ;
2) Жел жылдамдығы номиналды ur жылдамдығынан артық, бұл жерде
3) Жел жылдамдығы жел қондырғысы сөнетін uci жылдамдығынан артық, сонда: . Практикада жел қондырғыларының көбісі қатты жел кезінде сөнбейді, жұмысын жалғастырады, бірақ тиімділіг аз болады;
4) Жел жылдамдығы uci - ur интервалында. Бұл диапозонда шығу қуаттылығы жел жылдамдығына және жел дөңгелегі типіне тәуелді. көптгеген жел қондырғылары үшін осы тәуелділіктің көрінісі: . Бұл жерде a және b константа: а) жел қондырғысы қосылғанда Р=0, сондықтан б) Р=Рr есептік жылдамдық кезінде .
Осыдан шығатыны
Сонымен, а мен b коэффициенттерін uci, ur мен Pr параметрлері арқылы көрсетуге болады.
Практикада жел қондырғылары жылдамдықтың тиімділігі аз диапозонында жиі жұмыс істеуіне тура келеді.
Жел жылдамдығы жоғары кезінде жел қондырғысы жұмыс режиміне салынатын шектеулер көп энегрия жоғалуымен қатар болады.