توربينات الرياح متغيرة السرعة

المنحنى الأخضر: رسم بياني للقدرة = القدرة المقدرة بحيث${\displaystyle P=Q\omega }$

المنحنى الرمادي: يُفترض أن سرعة الرياح ثابتة بحيث${\displaystyle Q\propto \omega ^{2}C_{p}(\lambda )}$

المنحنى: ثابت${\displaystyle C_{p}(\lambda )}$لهذا السبب.${\displaystyle Q\propto \omega ^{2}}$

عند انخفاض الطاقة عن القدرة المقدرة، ستعمل توربينات الرياح بشكل مثالي بطريقة تضمن${\displaystyle C_{p}=C_{p~max}}$. على مخطط عزم الدوران وسرعة الدوار، يبدو هذا كما يلي:

حيث يمثل الخط الأسود الجزء الأولي من استراتيجية تشغيل توربينات الرياح ذات السرعة المتغيرة والمنظمة ضد التوقف. من الناحية المثالية، نرغب في البقاء على منحنى الكفاءة القصوى حتى الوصول إلى القدرة المقدرة. مع ذلك، مع ازدياد سرعة الدوار، ترتفع مستويات الضوضاء. ولمعالجة ذلك، لا يُسمح لسرعة الدوار بالزيادة فوق قيمة معينة. يوضح الشكل أدناه ذلك:

بمجرد أن تصل سرعة الرياح إلى مستوى معين، يُسمى سرعة الرياح المقدرة، لا يُفترض أن يكون التوربين قادرًا على إنتاج طاقة أكبر عند سرعات رياح أعلى. لا يحتوي توربين الرياح ذو السرعة المتغيرة والمنظم بالتوقف على آلية لتغيير زاوية ميل الشفرات. ومع ذلك، فإن سرعة الدوار قابلة للتغيير. يمكن زيادة سرعة الدوار أو إنقاصها بواسطة وحدة تحكم مصممة بشكل مناسب. بالرجوع إلى الشكل الموضح في قسم قوى الشفرات، يتضح أن الزاوية بين سرعة الرياح الظاهرية ومستوى الدوران تعتمد على سرعة الدوار. تُسمى هذه الزاوية بزاوية الهجوم .

يرتبط معامل الرفع ومعامل السحب لجناح الطائرة بزاوية الهجوم. فعند زوايا الهجوم العالية، يتعرض الجناح لظاهرة التوقف، أي يزداد السحب بشكل ملحوظ. وتؤثر قوى الرفع والسحب على إنتاج الطاقة في توربينات الرياح. ويتضح ذلك من خلال تحليل القوى المؤثرة على الشفرة عند تفاعل الهواء معها (انظر الرابط التالي ) . لذا، فإن إجبار الجناح على التوقف قد يؤدي إلى الحد من إنتاج الطاقة.

لذا، يمكن استنتاج أنه إذا لزم زيادة زاوية الهجوم للحد من إنتاج الطاقة من توربينات الرياح، فيجب تقليل سرعة الدوار. ويتضح ذلك من الشكل في قسم قوى الشفرات، وكذلك من خلال النظر إلى مخطط عزم الدوران مقابل سرعة الدوار. وبالرجوع إلى هذا المخطط، فإن تقليل سرعة الدوار عند سرعات الرياح العالية يؤدي إلى دخول التوربين منطقة التوقف، مما يحد من إنتاج الطاقة.

على غرار توربينات الرياح متغيرة السرعة التي يتم التحكم فيها عن طريق التوقف، تتمثل استراتيجية التشغيل الأولية في التشغيل على${\displaystyle C_{p~max}}$المنحنى. مع ذلك، ونظرًا لقيود مثل مستويات الضوضاء، لا يمكن تطبيق ذلك على كامل نطاق سرعات الرياح دون المعدلة. عند سرعات الرياح الأقل من المعدلة، تُتبع استراتيجية التشغيل التالية:

عند تجاوز سرعة الرياح المقدرة، يتم استخدام آلية تغيير زاوية ميل المروحة. يتيح ذلك مستوى جيدًا من التحكم في زاوية الهجوم، وبالتالي التحكم في عزم الدوران. جميع مخططات عزم الدوران وسرعة الدوران السابقة هي رسومات بيانية عندما تكون زاوية الميل...${\displaystyle \beta }$، يساوي صفرًا. يمكن إنتاج رسم بياني ثلاثي الأبعاد يتضمن تغيرات في زاوية الميل.

في النهاية، في الرسم البياني ثنائي الأبعاد، فوق سرعة الرياح المقدرة، ستعمل التوربينة عند النقطة المحددة بـ "x" في الرسم البياني أدناه.

كما ذُكر سابقًا، فإن الجهد الكهربائي الناتج عن توربينات الرياح متغيرة السرعة لا يتوافق مع معايير الشبكة الكهربائية. ولتزويد شبكة النقل بالطاقة من هذه التوربينات، يجب تمرير الإشارة عبر محول طاقة، يضمن أن يكون تردد الجهد الكهربائي الناتج عن توربينات الرياح هو تردد نظام النقل عند نقله إليه. يقوم محول الطاقة أولًا بتحويل الإشارة إلى تيار مستمر، ثم يحول التيار المستمر إلى تيار متردد. ومن التقنيات المستخدمة في ذلك تعديل عرض النبضة .