Гидрометеорология делит атмосферу на нижнюю атмосферу (тропосфера и тропопауза), среднюю атмосферу (стратосфера, мезосфера и мезопауза) и верхнюю атмосферу. Нижний пограничный слой атмосферы толщиной от 1000 м до 1500 м (1 - 1,5 км) называют планетарным пограничным слоем, для которого определяющим фактором является турбулентное трение. В этом слое происходит обмен импульсом, теплом и влагой между подстилающей поверхностью (поверхностью суши и поверхностью океана) и атмосферой.

В аэронавтике и метеорологии, воздушный слой высотой до 50 - 100 метров, называется приземным слоем. Это самый не предсказуемый и самый сложный в плане определения воздушных потоков слой, именно здесь процессы обмена импульсом, теплом и влагой протекают активнее всего. И в то же время, этот слой наиболее интересный для ветроэнергетики.

Почти все «ветряки» устанавливаются на мачтах с высотой в пределах от 30 до 100 метров. Исключения конечно же есть, так, например, ротор самой большой в мире ВЭУ, расположен на высоте 135 м.

Но одной высоты для правильной установки ВЭУ не достаточно. Хоть с повышением высоты скорость ветра растёт, но его плотность падает, соответственно падает и сила ветра.

Таблица зависимость температуры и плотности воздуха от высоты

В целом же, найти скорость ветра на любой высоте, зная метеорологическую скорость ветра (высота 10 м), можно по формуле.

${\mathit{V}}_{\mathit{1}}\mathit{=}{\mathit{V}}_{\mathit{0}}\mathit{·}{\left(\frac{H_1}{H_0}\right)}^{\mathit{k}}$

где 

 ${\mathit{V}}_{\mathit{1}}$ – скорость ветра на заданной высоте;
${\mathit{V}}_{\mathit{0}}$ – скорость ветра на известной высоте (для метеостанций принято 10 м);
${\mathit{H}}_{\mathit{1}}$ – заданная высота;
${\mathit{H}}_{\mathit{0}}$ – высота измерения;
$\mathit{k}$ – эмпирический показатель шероховатости подстилающей поверхности.

Из выше приведённой формулы, «почти всё» понятно, кроме степени $\mathit{k}$. Значения $\mathit{k}$ - безразмерный параметр, во многих работах принимается $\mathit{k}\mathit{=}\mathit{0}\mathit{.}\mathit{143}$, а точнее $\mathit{k}\mathit{=}\mathit{1}\mathit{/}\mathit{7}$. В нормативных документах рекомендуют $\mathit{k}\mathit{=}\mathit{0}\mathit{.}\mathit{2}$. В США, для различных местностей принимается $\mathit{k}\mathit{=}\mathit{0}\mathit{.}\mathit{23}\mathit{\pm }\mathit{0}\mathit{.}\mathit{03}$. При измерениях на различных высотах, значения $\mathit{k}$ достигают 0.34. В отдельных работах для Украины используется $\mathit{k}\mathit{=}\mathit{0}\mathit{.}\mathit{167}$.

Тем не менее, подбор значений требует аккуратности. Так, к примеру, для ${\mathit{V}}_{\mathit{0}}\mathit{=}\mathit{6}$ м/с на высоте ${\mathit{H}}_{\mathit{0}}\mathit{=}\mathit{10}$ м при пересчёте на высоту ${\mathit{H}}_{\mathit{1}}\mathit{=}\mathit{50}$ м и использовании значений $\mathit{k}\mathit{=}\mathit{0}\mathit{.}\mathit{12}$ или $\mathit{k}\mathit{=}\mathit{0}\mathit{.}\mathit{167}$. В итоге получится погрешность в расчётах значения среднегодовой выработки энергии примерно в 25%.

Сотрудниками проектно-конструкторского технологического бюро «КОНКОРД», предложена методика определения значений степенного показателя для зависимости скорости ветра на высоте оси ротора ветровой установки от скорости ветра на высоте оси флюгера с учётом степени шероховатости подстилающей поверхности.

Полученные данные занесены в таблицу.

Таблица зависимость скорости ветра от высоты и местности

Успехов всем ветроловам!