Vėjo energiją - judančio oro srauto kinetinę energiją - mechaniniu darbu vėjo jėgainėse paverčia vėjaratis, kuris suka generatorių, gaminantį elektros srovę. Yra sukurta įvairių konstrukcijų vėjo jėgainių su skirtingų formų mentėmis, tačiau pagal vėjaračio ašies padėtį oro sraute galima išskirti dvi dideles vėjo jėgainių grupes: su horizontaliąja vėjaračio ašimi, lygiagrečia tekančiam oro srautui ir vertikaliąja ašimi, statmena oro srautui.

Absoliuti dauguma dabar statomų vėjo jėgainių, kurių galia būna nuo 100 W iki kelių megavatų, yra su horizontaliąja vėjaračio ašimi. Tačiau pastaraisiais metais įvairios firmos individualių sodybų energetiniams poreikiams tenkinti siūlo palyginti nedideles iki kelių kilovatų galios vėjo jėgainės, turinčias vertikaliosios ašies vėjaračius.

Konstrukcijos ypatumai

Tokios jėgainės turi privalumų, palyginti su įprastomis vėjo jėgainėmis. Jų konstrukcija paprastesnė, nes nereikalingi įtaisai, nukreipiantys vėjaratį pagal vėjo kryptį. Be to, tokių jėgainių menčių gamyba gali būti pigesnė, nes menčių profilis per visą ilgį yra vienodas, o horizontaliosios ašies vėjaračių mentės plotis, storis ir sukimo kampas yra tolygiai kintantys per visą ilgį.

Vertikaliosios ašies vėjaračiai dažniausiai yra su specialaus aerodinaminio profilio vertikaliosiomis mentėmis, bet gali būti ir lovio ar sraigto formos mentėmis, vadinamaisiais Savonijaus rotoriais. Vertikaliosios ašies vėjo jėgainė yra įrengta ir Raudondvaryje Lietuvos žemės ūkio universiteto Agroinžinerijos institute, kuriame buvo atliekami jos bandymai. 

Našumo galimybės

Svarbiausias vėjo jėgainės rodiklis - našumas, t. y., kiek ji gali pagaminti elektros energijos, pavyzdžiui, per metus. Našumą, be įvairių kitų veiksnių, lemia vėjaračio darbo plotas, dar vadinamas vėjaračio „šluojamuoju" plotu, kurį jis besisukdamas užima erdvėje. Reikia žinoti tai, kad vėjaračio išvystoma galia yra mažesnė už vėjo srauto galią, nes jis negali panaudoti visos oro srauto kinetinės energijos. Oro srautas, praėjęs pro vėjaračio „šluojamąjį" plotą ir atidavęs vėjaračiui dalį savo energijos, dar privalo turėti tam tikrą greitį, kad pasitrauktų, netrukdydamas atitekančiam oro srautui.

Kokią vėjo srauto galios dalį vėjaratis paverčia mechanine galia, parodo galios koeficientas, vadinamasis vėjo energijos išnaudojimo koeficientas. Teoriškai yra apskaičiuota, kad idealus vėjaratis gali panaudoti tik 59,3 proc. oro srauto energijos, t. y. idealaus vėjaračio galios koeficientas yra 0,593. Tai riba, prie kurios gali tik priartėti realių vėjaračių galios koeficientai. Tobuliausių šiuo metu gaminamų dvimenčių ir trimenčių horizontaliosios ašies vėjaračių didžiausia pasiekiama galios koeficiento reikšmė yra 0,45-0,48. Vertikaliosios ašies vėjaračių su specialaus aerodinaminio profilio mentėmis galios koeficiento reikšmė yra 0,3-0,35, o Savonijaus tipo vėjaračių galios koeficientas tesiekia 0,2-0,25. Todėl vertikaliosios ašies vėjaratis pagamins beveik trečdaliu mažiau elektros energijos, negu trimentis horizontaliosios ašies tokio paties „šluojamojo" ploto vėjaratis. Taigi, energetiniu požiūriu vertikaliosios ašies vėjaračiai yra mažiau efektyvūs.

Jėgainių su vertikaliosios ašies vėjaračiais pagrindiniai privalumai yra paprasta ir pigi konstrukcija. Be to, jos mažiau jautrios vėjo krypties kitimams (kas yra svarbu užstatytose vietose). Šių vėjaračių sukimosi greitis yra mažesnis, tai jos ir veiks tyliau.

Pasirinkimo motyvai

Ketinant statyti vėjo elektrinę, reikėtų įvertinti ir tai, kad dėl nepastovaus vėjo ir horizontaliosios ašies, ir vertikaliosios ašies jėgainės didžiausia įrengta galia veiks ne visą laiką. Pavyzdžiui, net ir pajūrio zonoje, kur vidutiniai vėjo greičiai didžiausi ir pastoviausi, didžiosios kelių megavatų galios vėjo elektrinės, kurių vėjaračiai yra 80 m ir didesniame aukštyje, vidutiniškai per metus veikia 27-33 proc. galia, o Vidurio Lietuvos rajonuose mažesnės (iki 250 kW) galios elektrinės, kurių vėjaračiai yra 30-40 m aukštyje, vidutiniškai veiks tik 20 proc. galia. Dar mažesnės jėgainės vidutiniškai panaudos tik 10 proc. įrengtos galios.

Renkantis, kokią vėjo jėgainę vertėtų statyti, reikėtų atsižvelgti į visus šiuos veiksnius. Ir svarbiausia, kad vietovėje, kur stovės vėjo jėgainė, pūstų gana stiprus vėjas. Vidutinis metinis vėjo greitis vėjaračio ašies aukštyje turėtų būti ne mažesnis kaip 4,5 m/s.

A. Gulbinas

Mano ūkis, 2011/01