ان التحكم بالعنفات الريحية هو عملية ضرورية للحفاظ على أقل تكلفة للصيانة و الحصول على أداء ذو كفاءة عالية. كما أن نظام التحكم يضمن التشغيل الآمن للعنفة ، و الحصول على خرج مثالي. وتأمين أطول حياة ممكنة لبناء العنفة.

سرعة العنفة الدورانية و سرعة المولدة هما المفتاحان اﻷساسيان للتحكم في خرج العنفة وسيتم هنا شرح بعض استراتيجيات التحكم وكيف يمكن التحكم في هاتان السرعتان.

تشغيل العنفة الريحية:

كما نعلم ان العنفة الريحية هي الة دورانية تحول الطاقة الكامنة في الرياح الى طاقة ميكانيكية التي تتحول بطريقها عن طريق المولد الى طاقة كهربائية والتي يتم حقنها في الشبكة.

عندما تهب الرياح على العنفة يدور الدائر والسرة تبعا للقوى الايروديناميكية و يتم نقل هذه الحركة الى المولدة عن طريق محورين و علبة سرعة ( محور السرعة البطيئة ومحور السرعة العالية) ونسبة النقل لعلبة السرعة تحدد السرعة التي سوف تصل للمولد.

الشكل التالي يوضح معظم مكونات العنفة الريحية المتوضعة في القمرة وفيها أيضا محركات السيرفو التي تقوم بتغيير جهة الشفرات تبعا للرياه التي تهب على العنفة.

زاوية الهجوم:

مساحة السطح التي تهب عليها الرياح هي أحد المؤشرات الهامة لزيادة القوة الايروديناميكيةعلى شفرات العنفة . لذلك ان الزاوية التي يتم تعيير الشفرات لمواجهة الرياح عليها هي زاوية مهمة جدا و تدعى زاوية الهجوم α . تقاس هذه الزاوية مع مراعاة الجهة التي تهب منها الرياح وخط الوتر لكل شفرة.

زاوية الهجوم الحدية تعرف بأنها الزاوية التي لايمر عندها أي تيار هوائي على الشفرات، ويوضح الشكل التالي زاوية الهجوم وزاوية الهجوم الحدية.

الاستطاعة و الكفاءة:

يوضح هذا القسم الاستطاعة المستخرجة من الرياح وكفاءة هذه العملية ، ناخذ بعين الاعتبار الشكل التالي كمخطط للعنفة التي تهب عليها الرياح من احد الجهات، ويوضح التوازن بين سرعة الرياح وسرعة دوران العنفة ويرمز لها TSR-Tip Speed Ratio ويتم حسابها من العلاقة التالية:

حيث:

f هي تردد شفرات العنفة(هرتز) ( مقلوب السرعة).

r هو طول الشفرة (متر).

ان كفاءة العنفة الريحية تدعى بمعامل كفاءة الاستطاعة Cp يتم حساب الكفاءة كنسبة للاستطاعة المولدة من العنفة عمليا الى الاستطاعة الاسمية للعنفة، والعلاقة التالية توضح ذلك:

ويمكن تغيير قيمة هذا المعامل بالتحكم بزاوية الهجوم و سرعة TSR و بالتالي فان الاستطاعة المولدة من العنفة الريحية تعطى باالعلاقة :

ويجب الانتباه الى ان أعظم استطاعة يتم الحصول عليها من العنفة أو أعظم قيمة ل Cp هي 0.59 أو ثابت بيتز .

حيث رو هي كثافة الهواء و تساوي 1.2929 kg/ m3

منحني الاستطاعة :

يوضح هذا المنحني العلاقة بين استطاعة خرج العنفة وسرعة الرياح ، وهو محدد رئيسي لتحديد نوع التحكم المطلوب استخدامه في العنفة.

يوضح الشكل السابق منطقة تشغيل العنفة بين الCut in Speed و ال Cut out Speed و في هذه المنطقة يكون تشغيل العنفة ضمن الحدود التي تسمح لها ياعطاء استطاعتها و تبقيها في حدود أمان التشغيل وتساعد في الحفظ على بنيتها و المناطق الثلاث هنا توضح سرعات الرياح حيث انه في المنطقة اﻷولى و الثانية و عندما تكون سرعات الرياح قليلة يتم تعديل الشفرات للحصول على أعظم استطاعة أما في المنطقة الثالثة و عندما تكون السرعات عالية و فوق سرعة الرياح الاسمية المصممة عليها العنفة يتم تعديل الشفرات لتحديد سرعة الرياح و الحفاظ على العنفة من السرعات العالية.

نظريات التشغيل:

يمكن استخدام نظريات مختلفة للتحكم بالعنفات حيث يمكن التحكم بزاوية ميلان الشفرات (زاوية الهجوم) و/أو التحكم بدوران القمرة كاملة و يطلق على أسلوبي التحكم Pitch and Yaw Drive و يوضح الشكل التالي طريقتي التحكم المذكورتين.

اخر نوع من التحكم هو التحكم في النظام الكهربائي و ذلك باستخدام الالكترونيات و طرق التوصيل بين المولدات و الشبكة الكهربائية ويوضح الشكل التالي نظام تحكم لعنفة ريحية الكترونيا و ميكانيكيا.

استراتيجيات التحكم:

يوضح الشكل التالي بعض الستراتيجيات الممكن استخدامها للتحكم بعمل العنفة وذلك بتغيير سرعة المولد وزاوية الريش وعليه يوجد اربع استراتيجيات للتشغيل زوية ثابتة و سرعة ثابتة Fixed Speed, Fixed Pitch ,سرعة ثابتة وزاوية هجوم متغيرة, سرعة متغيرة و زاوية هجوم ثابتة و اخيرا زاوية هجوم متغيرة و سرعة متغيرة . ويوضح الشكل التالي منحنيات التشغيل في الحالات اﻷربعة المذكورة.

Fixed-speed fixed-pitch FS-FP: في هذا التصميم يكون من المستحيل تحسين خرج العنفة وذلك ﻷن المولد يكون متصلا بشكل مباشر مع الشبكة مسببا بذلك ثبات سرعة المولد على تردد الشبكة ويتم التحكم بهذا النوع من العنفات عن طريق كبح ريش العنفة عند السرعات العالية ويتم اختيار علبة اسرعة في هذه العنفات بشكل دقيق وذلك كي لا تتجاوز الاستطاعة المولدة الاستطاعة الاسمية.

Fixed-speed variable-pitch FS-VP: كما هو موضح من الاسم فهذا النوع من التحكم يسمح للعنفات بالعمل عند سرعة ثابتة و زاوية هجوم متغيرة عند السرعات دون السرعة الاسمية للرياح حيث انه يتم تعديل الزاوية باستمرار للحفاظ على السرعة االاسمية قدر الامكان التي سيتم ايصالها للمولد وعند سرعات الرياح العالية يتم تجنب الرياح و ذلك بجعل زاوية الهجكوم بحيث تكون اقل مساحة من الشفرات مقابلة للرياح التي تهب.

Variable-speed fixed-pitch VS-FP: وفي هذا النوع تكون زاوية الهجوم ثابتة و يتم التحم بسرعة الدائر للمولد عن طريق العناصر الالكترونية المربوطة مع المولدة و تتميز هذه الطريقة بأنها تسمح لنا بالتقاط أكبر طاقة ممكنة من الرياح و تحسن نوعية الطاقة المولدة.

Variable-speed variable-pitch VS-VP: ويتم بهذه الطريقة زيادة الطاقة الملتقطة من الرياح و تحسين نوعية الطاقة المولدة و هذه الطريقة الوحيدة التي تصل نظريا الى منحني الاستطاعة الاسمي للعنفة .