La Coppia Aerodinamica
La coppia aerodinamica può essere regolata agendo sulla geometria del rotore, il che modifica i valori di portanza e di resistenza e di conseguenza della coppia motrice aerodinamica.
La variazione di geometria del rotore può essere effettuata regolando l’angolo di Pitch lungo tutta l’estensione della pala o cambiando la geometria di solo una porzione di pala.
Per cambiare la geometria di una porzione di pala possono essere utilizzati dei flaps lungo la pala stessa che riducono la portanza ed aumentano le resistenza sulla la loro superficie.
Possono essere anche impiegati dei flaps all’estremità della pala che aggiungono una coppia di verso contrario a quella motrice del rotore, oppure degli spoilers che "disturbano" il flusso d’aria laminare attorno alla pala variando portanza e resistenza.
Recentemente sono stati studiati anche metodi per variare l’aerodinamica lungo la pala in risposta a variazioni locali del flusso d’aria, attraverso sistemi "smart" quali l’utilizzo di getti d’aria per migliorare "l’attaccamento" del flusso d’aria alla superficie della pala.
Generalmente gli obiettivi delle strategie di controllo di una turbina eolica sono:
- massimizzare la produzione energetica mantenendo il funzionamento dei diversi componenti della turbina entro i limiti di velocità e di carico;
- prevenire i carichi estremi, inclusi carichi transitori elevati e carichi che possono causare risonanza e minimizzare le sollecitazioni a fatica;
- fornire un’adeguata qualità della potenza immessa in rete;
- garantire il funzionamento sicuro della turbina.
Tali obiettivi sono influenzati dal regime di funzionamento della turbina: difatti per velocità del vento inferiori a quella nominale lo scopo principale è di massimizzare l’energia prodotta operando nel punto di massima efficienza della pala, mentre per velocità superiori l’obiettivo è in particolare la limitazione della potenza prodotta mantenendola prossima al valore nominale.
Le turbine a velocità fissa ed a regolazione passiva dello stallo solitamente non hanno possibilità di controllo attivo, se non utilizzando freni meccanici sull’albero principale oppure connettendo e sconnettendo il generatore alla rete.
Le turbine a velocità fissa ed a regolazione dell’angolo di Pitch utilizzano la variazione attiva di tale angolo per l’avviamento e per il controllo della potenza prodotta al di sopra della velocità del vento nominale.
Le turbine a velocità variabile utilizzano tipicamente il controllo dell’angolo di Pitch, se disponibile, al di sopra della velocità del vento nominale per limitare la velocità di rotazione delle pale, mentre utilizzano il controllo della coppia del generatore su tutto il range di funzionamento dell’aerogeneratore.
Quando la velocità del vento diventa eccessiva, il rotore viene fermato aumentando l’angolo di Pitch fino alla "messa in bandiera" (il carico aerodinamico sulle pale viene in tal modo ridotto al minimo).