Гідрометеорологія ділить атмосферу на нижню атмосферу (тропосфера і тропопауза), середню атмосферу (стратосфера, мезосфера і мезопауза) і верхню атмосферу. Нижній прикордонний шар атмосфери товщиною від 1000 м до 1500 м (1 - 1,5 км) називають планетарним пограничним шаром, для якого визначальним фактором є турбулентні тертя. У цьому шарі відбувається обмін імпульсом, теплом і вологою між підстилаючою поверхнею (поверхнею суші і поверхнею океану) і атмосферою.

У аеронавтиці та метеорології, повітряний шар висотою до 50 - 100 метрів, називається приземним шаром. Це самий не передбачуваний та найскладніший в плані визначення повітряних потоків шар, саме тут процеси обміну імпульсом, теплом і вологою протікають найактивніше. І в той же час, цей шар найбільш цікавий для вітроенергетики.

Майже всі «вітряки» встановлюються на щоглах з висотою в межах від 30 до 100 метрів. Винятки звичайно ж є, так, наприклад, ротор найбільшої в світі ВЕУ, розташовано на висоті 135 м.

Але однієї висоти для правильної установки ВЕУ мало. Хоч з підвищенням висоти швидкість вітру зростає, але його щільність падає, відповідно падає і сила вітру.

Таблиця залежності температури та щільності повітря від висоти

В цілому ж, знайти швидкість вітру на будь-якій висоті, знаючи метеорологічну швидкість вітру (висота 10 м), можна за формулою.

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

де

${\mathit{V}}_{\mathit{1}}$ – швидкість вітру на задана висоті;
${\mathit{V}}_{\mathit{0}}$ – швидкість вітру на відомій висоті (для метеостанцій прийнято 10 м);
${\mathit{H}}_{\mathit{1}}$ – задана висота;
${\mathit{H}}_{\mathit{0}}$ – висота вимірювання;
$\mathit{k}$ – емпіричний показник шорсткості підстилаючої поверхні.

З вище наведеної формули, «майже все» зрозуміло, крім ступеня $\mathit{k}$. Ступинь $\mathit{k}$ - безрозмірний параметр, у багатьох роботах приймається $\mathit{k}\mathit{=}\mathit{0}\mathit{.}\mathit{143}$, а точніше $\mathit{k}\mathit{=}\mathit{1}\mathit{/}\mathit{7}$. У нормативних документах рекомендують $\mathit{k}\mathit{=}\mathit{0}\mathit{.}\mathit{2}$. У США, для різних місцевостей приймається $\mathit{k}\mathit{=}\mathit{0}\mathit{.}\mathit{23}\mathit{\pm }\mathit{0}\mathit{.}\mathit{03}$. При вимірах на різних висотах, значення $\mathit{k}$ досягають 0.34. В окремих роботах для України використовується $\mathit{k}\mathit{=}\mathit{0}\mathit{.}\mathit{167}$.

Проте, підбір значень вимагає акуратності. Так, наприклад, для ${\mathit{V}}_{\mathit{0}}\mathit{=}\mathit{6}$ м/с на висоті ${\mathit{H}}_{\mathit{0}}\mathit{=}\mathit{10}$ м, при перерахунку на висоту ${\mathit{H}}_{\mathit{1}}\mathit{=}\mathit{50}$ м та використанні значень $\mathit{k}\mathit{=}\mathit{0}\mathit{.}\mathit{12}$ чи $\mathit{k}\mathit{=}\mathit{0}\mathit{.}\mathit{167}$. В результаті вийде похибка в розрахунках значення середньорічної вироблення енергії приблизно в 25%.

Співробітниками проектно-конструкторського технологічного бюро «КОНКОРД», запропонована методика визначення значень статечного показника для залежності швидкості вітру на висоті осі ротора вітрової установки від швидкості вітру на висоті осі флюгера з урахуванням ступеня шорсткості підстильної поверхні.

Отримані дані занесені в таблицю.

Таблиця залежність швидкості вітру від висоти та місцевості

Успіхів всім вітроловам!