Thời tiết khắc nghiệt, như lốc xoáy, bão tố, đặt ra cho các trang trại điện gió, đặc biệt là turbine gió ngoài khơi những thách thức thường xuyên và nghiêm trọng. Rủi ro từ thời tiết khắc nghiệt ngày càng gia tăng khi các hình thái thời tiết luôn khó lường. Bạn có bao giờ tự hỏi, turbine gió hoạt động như thế nào trong lốc xoáy, bão tố?
Turbine gió được thiết kế để hoạt động trong nhiều tốc độ gió khác nhau, từ rất nhẹ đến rất mạnh. Chúng chỉ dừng hoạt động khi có nguy cơ rất cao bị gió làm hỏng. Tốc độ gió từ 11 - 14 km/giờ (7 - 9 dặm/giờ) thường là đủ để làm quay các turbine gió quy mô lớn. Tốc độ an toàn tối đa của chúng nằm trong khoảng từ 80 - 88 km/giờ (50 - 55 dặm/giờ). Đây là giới hạn tốc độ trên của chúng. Turbine gió quy mô lớn thường kết hợp hệ thống phanh hoạt động ở tốc độ khoảng 88 km/giờ để bảo vệ cánh quạt không bị hư hỏng.
Mặc dù turbine gió được thiết kế để ứng phó với thời tiết khắc nghiệt giống như bất kỳ công trình hạ tầng nào khác, nhưng chúng có thể bị hư hại do tác động trực tiếp của một cơn lốc xoáy dữ dội hoặc bão lớn. Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (International Electrotechnical Commission - IEC) đưa ra bộ tiêu chuẩn IEC 61400, là bộ tài liệu yêu cầu đảm bảo rằng các turbine gió được thiết kế phù hợp để chịu được các mối nguy hiểm trong suốt vòng đời của chúng.
Thông thường, người ta mong đợi có nhiều gió để thuận lợi cho turbine gió sản xuất điện. Nhưng vượt quá một ngưỡng nhất định, gió quá nhiều chưa chắc sản xuất được nhiều điện hơn. Để hiểu rõ hơn về cách turbine phản ứng với điều kiện thời tiết khắc nghiệt, bạn cần hiểu qua đường cong công suất của turbine. Sơ đồ bên dưới minh họa mối quan hệ giữa công suất đầu ra của turbine so với tốc độ gió ổn định.
Tốc độ cắt chạy (cut-in), thường từ 11 - 14 km/giờ là khi các cánh quạt bắt đầu quay và tạo ra điện. Lượng điện được tạo ra tăng theo tỷ lệ thuận với tốc độ gió cho đến khi đạt đến mức giới hạn, được gọi là tốc độ định mức. Đây là điểm mà turbine tạo ra công suất tối đa (hoặc công suất định mức). Khi tốc độ gió tiếp tục tăng, công suất do turbine tạo ra vẫn không đổi. Quá trình này tiếp tục cho đến khi turbine đạt đến tốc độ cắt ngừng (cut-out), thay đổi tùy theo turbine, tại thời điểm đó turbine sẽ tắt để tránh gây áp lực không cần thiết lên rotor.
Mỗi turbine gió thường có tích hợp máy đo tốc độ gió và cánh quạt (bánh lái) để theo dõi hướng gió. Dữ liệu này được truyền đến bộ điều khiển turbine. Turbine chỉ có thể tạo ra điện khi tốc độ gió nằm trong khoảng từ 12 - 88 km/giờ (8 - 55 dặm/giờ). Khi máy đo tốc độ gió ghi nhận tốc độ gió lớn hơn 88 km/giờ, bộ điều khiển turbine sẽ kích hoạt turbine gió tự động tắt. Tốc độ cắt ngừng này thấp hơn nhiều so với tốc độ gió mà turbine được thiết kế để chịu được, bởi việc tắt sẽ giảm nguy cơ hư hỏng cho turbine.
Bên cạnh đó, khi tốc độ gió vượt quá tốc độ định mức của turbine, các cánh bắt đầu làm phẳng hoặc hướng vào gió để giảm diện tích bề mặt của chúng. Trong một số trường hợp, các cánh thậm chí có thể được khóa lại để chống lại những cơn gió giật mạnh.
Khi máy đo tốc độ gió phát hiện tốc độ gió bằng hoặc thấp hơn tốc độ cắt ngừng của turbine (trong trường hợp này là 88 km/giờ), các cánh quạt sẽ bung ra, hoạt động bình thường trở lại, turbine tiếp tục sản xuất điện cho lưới điện, thường là trong vòng vài phút.
Về móng và đế, bất kỳ turbine nào (cùng với kết cấu phụ) đều phải có khả năng chịu được tải trọng cực đại xảy ra do gió bão, sóng và dòng chảy theo các tiêu chuẩn của ngành.
