Соотношение наконечника и скорости

Коэффициент скорости кончика лопасти λ или TSR для ветряных турбин представляет собой соотношение между тангенциальной скоростью кончика лопасти и фактической скоростью ветра v . Соотношение кончика и скорости связано с эффективностью, причем оптимальное значение зависит от конструкции лопасти. Более высокие скорости наконечника приводят к более высокому уровню шума и требуют более прочных лопастей из-за больших центробежных сил .

$\lambda ={\frac {\mbox{tip speed of blade}}{\mbox{wind speed}}}$

Скорость кончика лопасти можно рассчитать как $\omega \cdot R$, где $\omega$ – скорость вращения ротора, а R – радиус ротора. Поэтому мы также можем написать:

$\lambda ={\frac {\omega R}{v}},$

где $v$ – скорость ветра на высоте ступицы лопасти.

C _{p –λ} Кривые

Коэффициент мощности, $C_{p}$, показывает, какая часть энергии ветра извлекается ветряной турбиной. Обычно предполагается, что это функция как передаточного отношения, так и угла тангажа. Ниже приведен график изменения коэффициента мощности при изменении передаточного отношения законцовки к скорости, когда шаг остается постоянным:

Случай с ветряными турбинами с регулируемой скоростью

Первоначально ветряные турбины имели фиксированную скорость. Преимущество этого заключается в том, что скорость ротора генератора постоянна, поэтому частота переменного напряжения фиксирована. Это позволяет напрямую подключать ветряную турбину к системе передачи. Однако на рисунке выше мы видим, что коэффициент мощности является функцией передаточного отношения кончика к скорости. В более широком смысле, эффективность ветряной турбины является функцией соотношения кончика и скорости.

В идеале хотелось бы, чтобы турбина работала с максимальным значением C _p при всех скоростях ветра. Это означает, что при изменении скорости ветра должна меняться и скорость ротора, так что C _p = C _{p max} . Ветряная турбина с переменной скоростью вращения ротора называется ветровой турбиной с регулируемой скоростью . Хотя это означает, что ветряная турбина работает при C _{p max} или близко к ней для диапазона скоростей ветра, частота генератора переменного напряжения не будет постоянной. Это можно увидеть в уравнении

$N={\frac {120f}{P}},$

где N — угловая скорость ротора, f — частота переменного напряжения, генерируемого в обмотках статора, а P — количество полюсов генератора внутри гондолы. Поэтому прямое подключение к системе трансмиссии для переменной скорости недопустимо. Что требуется, так это преобразователь мощности, который преобразует сигнал, генерируемый турбогенератором, в постоянный ток, а затем преобразует этот сигнал в сигнал переменного тока с частотой сети/системы передачи.

Дело против ветряных турбин с регулируемой скоростью

Ветряные турбины с регулируемой скоростью не могут быть напрямую подключены к системе передачи. Одним из недостатков этого является то, что инерция трансмиссионной системы снижается по мере ввода в эксплуатацию большего количества ветряных турбин с регулируемой скоростью. Это может привести к более значительным падениям частоты напряжения в системе электропередачи в случае выхода из строя энергоблока. Кроме того, ветряные турбины с регулируемой скоростью требуют силовой электроники, что увеличивает сложность турбины и создает новые источники отказов. С другой стороны, было высказано предположение, что дополнительный захват энергии, достигаемый при сравнении ветряной турбины с регулируемой скоростью и ветряной турбиной с фиксированной скоростью, составляет примерно 2%.