یکی از اهداف کنترلی در همه‌ی توربین‌های باد، کنترل توان خروجی توربین است. کنترل توان توان خروجی از دو جهت اهمّیّت به سزایی دارد:

۱) می‌توان در سرعت‌های باد پایین، توان بیشتری را از باد جذب کرد.

۲) در سرعت‌های باد بالاتر جلوی تولید بیش از حد توان را، که سبب وارد آمدن بارهای مکانیکی به سازه‌ی توربین می‌شود، گرفت.

توربین‌های بادی را از حیث کنترل می‌توان به ۴ دسته تقسیم کرد:

۱) توربین‌های سرعت ثابت – گام ثابت،

۲) توربین‌های سرعت ثابت – گام متغیّر،

۳) توربین‌های سرعت متغیر- گام ثابت

۴) توربین‌های سرعت متغیر – گام متغیر.

توربین‌های سرعت ثابت – گام ثابت: در این نوع از توربین‌های بادی، از روش‌های کنترل غیرفعّال استفاده می‌شود. این توربین‌ها به طور مستقیم به شبکه‌ی انتقال برق متصل می‌شوند، در نتیجه سرعت دوران روتور آن‌ها روی فرکانس برق شبکه قفل می‌شود. در سرعت‌های باد بالا برای اینکه سرعت گردش روتور بیشتر نشود، از کنترل غیرفعّال استالْ (stall) استفاده می‌شود. در این روش، با افزایش سرعت باد، پدیده‌ی استالْ روی پره‌های توربین رخ می‌دهد، و از نیروی بالابر (Lift) آن می‌کاهد.

توربین‌های باد سرعت ثابت – گام متغیّر: در این توربین‌ها، از ۲ راهکار کنترلی برحسب سرعت باد استفاده می‌شود. در سرعت‌های باد پایین‌، همانند توربین‌های سرعت ثابت – گام ثابت، سرعت گردش روتور ثابت نگاه داشته می‌شود. امّا بعد از عبور سرعت باد، از یک عدد مشخص که سرعت نامی نامیده می‌شود، سیستم کنترل گام وارد عمل شده و سرعت گردش روتور به جای آنکه با استال ثابت شود، با تغییر زاویه گام کنترل می‌شود.

توربین‌های باد سرعت متغیر – گام ثابت: در این نوع از توربین‌های بادی، در سرعت‌های باد پایین، سرعت زاویه‌ای روتور و در نتیجه ژنراتور طوری کنترل می‌شود که ضریب جذب توان حداکثر شود. بدین‌ترتیب توربین همواره در پربازده‌ترین وضعیت خود کار کند. اما در سرعت‌های باد بالا، برای جلوگیری از افزایش بیش از حد سرعت روتور از کنترل غیرفعال و پدیده استال استفاده می‌شود.

در اینجا نیاز است تا معادله‌ی توان جذب شده توسط توربین بادی عنوان شود.

P=0.5 × ρ × A × Cp × V^۳

در رابطه‌ی بالا، ρ چگالی هوا و A مساحت سطح جاروب شده توسط پره‌های توربین است. v نیز سرعت باد خواهد بود. امّا در این میان ضریبی به نام ضریب جذب توان (Cp) وجود دارد که به زاویه گام توربین و سرعت باد و سرعت گردش روتور وابسته است.شکل زیر این ضریب را بر حسب پارامتری به نام λ  نشان می‌دهد.

λ یا نسبت سرعن نوک (Tip Speed Ratio)، حاصل سرعت خطّی نوک پره توربین باد تقسیم بر سرعت باد است. از شکل اینطور استنباط می‌شود که در هر سرعت باد، Cp می‌تواند متفاوت باشد. بنابراین با تغییر سرعت گردش روتور در سرعت‌های باد مختلف می‌توان جذب توان در سرعت‌های باد پایین را بیشتر کرد.

توربین‌های باد سرعت متغیر – گام متغیّر: بیشتر توربین‌هایی که امروزه ساخته می‌شوند، از این نوع هستند. در این نوع توربین‌ها، در سرعت‌های پایین باد، با کنترل گشتاور ژنراتور توربین بادی، توان جذب شده توسط باد روی حداکثر مقدار ممکن تنظیم می‌گردد. به علاوه با گذشتن سرعت باد از سرعت نامی، سیستم کنترل زاویه گام فعال شده و سرعت روتور توربین را ثابت نگاه می‌دارد.

برگرفته از مرجع