La relación de velocidad punta , λ, o TSR para turbinas eólicas es la relación entre la velocidad tangencial de la punta de una pala y la velocidad real del viento, v . La relación punta-velocidad está relacionada con la eficiencia, y el valor óptimo varía según el diseño de la hoja. [1] Las velocidades de punta más altas dan como resultado niveles de ruido más altos y requieren hojas más fuertes debido a las mayores fuerzas centrífugas .
La velocidad punta de la pala se puede calcular como , donde es la velocidad de rotación del rotor y R es el radio del rotor. Por tanto, también podemos escribir:
¿Dónde está la velocidad del viento a la altura del cubo de la pala?
El coeficiente de potencia , expresa qué fracción de la potencia del viento está siendo extraída por la turbina eólica. Generalmente se supone que es una función tanto de la relación velocidad punta como del ángulo de paso. A continuación se muestra un gráfico de la variación del coeficiente de potencia con variaciones en la relación velocidad punta cuando el paso se mantiene constante:
Originalmente, las turbinas eólicas eran de velocidad fija. Esto tiene la ventaja de que la velocidad del rotor en el generador es constante, de modo que la frecuencia de la tensión alterna es fija. Esto permite conectar la turbina eólica directamente a un sistema de transmisión. Sin embargo, en la figura anterior, podemos ver que el coeficiente de potencia es función de la relación velocidad punta. Por extensión, la eficiencia de la turbina eólica es función de la relación velocidad punta.
Lo ideal sería tener una turbina funcionando al valor máximo de C p en todas las velocidades del viento. Esto significa que a medida que cambia la velocidad del viento, la velocidad del rotor también debe cambiar de modo que C p = C p max . Un aerogenerador con una velocidad de rotor variable se denomina aerogenerador de velocidad variable . Si bien esto significa que la turbina eólica funciona a C p máx o cerca de él para un rango de velocidades del viento, la frecuencia del generador de voltaje de CA no será constante. Esto se puede ver en la ecuación
donde N es la velocidad angular del rotor, f es la frecuencia del voltaje de CA generado en los devanados del estator y P es el número de polos del generador dentro de la góndola. Por lo tanto, no se permite la conexión directa a un sistema de transmisión de velocidad variable. Lo que se requiere es un convertidor de potencia que convierta la señal generada por el generador de turbina en CC y luego convierta esa señal en una señal de CA con la frecuencia de la red/sistema de transmisión.
Las turbinas eólicas de velocidad variable no pueden conectarse directamente a un sistema de transmisión. Uno de los inconvenientes de esto es que la inercia del sistema de transmisión se reduce a medida que se ponen en funcionamiento más turbinas eólicas de velocidad variable. Esto puede resultar en caídas más significativas en la frecuencia de voltaje del sistema de transmisión en caso de pérdida de una unidad generadora. Además, las turbinas eólicas de velocidad variable requieren electrónica de potencia, lo que aumenta la complejidad de la turbina e introduce nuevas fuentes de fallos. Por otro lado, se ha sugerido que la captura de energía adicional lograda al comparar una turbina eólica de velocidad variable con una turbina eólica de velocidad fija es aproximadamente del 2%. [2]
