Trên đặc tính vận hành của một tuabin gió ở Hình 1.6 có 4 vùng chính là: - Vùng I tốc độ gió nhỏ hơn tốc độ khởi động vD của tuabin. Trong
trường hợp này tuabin không hoạt động và không phát sinh năng lượng. - Vùng II có tốc độ gió trong khoảng (vD, vn) ứng với vùng có thể tối ưu việc biến đổi năng lượng. Đây là vùng mà việc thay đổi tốc độ rất cần để nhận được cơng suất lớn nhất có thể.
- Vùng III, trong này cơng suất gió tăng, nhưng cơng suất của tuabin bị giới hạn bởi công suất định mức Pn. Thực vậy, ở tốc độ gió định mức vn việc tăng kích thước, cơng suất máy phát, sức bền cơ của cấu trúc... thì lợi ích sản xuất điện sẽ khơng bù lại được chi phí ban đầu.
- Vùng IV thể hiện khi tốc độ gió vượt quá tốc độ cực đại mà tuabin có thể chịu đựng. Trong trường hợp này tuabin sẽ dừng bởi hệ thống dừng khẩn cấp để bảo vệ phần cơ tránh hư hỏng.
Hình 1. 7 Đặc tính Cp – λ của các loại tuabin gió với thiết kế cánh khác nhau.[10]
Trên hình 1.7 ta thấy loại tuabin 1 cánh quạt có tốc dộ quay lớn, nhưng cơng suất thấp hơn loại 2 hay 3 cánh quạt. Loại 3 cánh quạt có tốc độ quay thấp nhưng đạt cơng suất lớn nhất.
Trên thế giới hiện nay và cả nhà máy điện gió PM3 người ta lựa chọn loại tuabin trục ngang 3 cánh quạt để đạt công suất cao nhất và tốc độ quay nhỏ
Nếu động năng của một khối khơng khí chuyển động với vận tốc v có thể được thu hồi hồn tồn bằng một thiết bị có diện tích A nằm vng góc với phương tốc độ thì cơng suất tức thời sẽ là:
3 e 1 P Av 2 (1)
với ρ tỷ trọng của khơng khí (1,225 kg/m3 ở mực nước biển).
Nhưng trong thực tế tuabin gió khai thác cơng suất nhỏ hơn cơng suất sẵn có Pe, do tốc độ khơng bằng khơng của khối khơng khí phía sau máy phát điện gió. Xác định hiệu suất của tuabin gió theo cơng thức Betz như sau:
max max p e P 16 C 0,593 P 27 (2)
Hiệu quả của việc thu nhận năng lượng phụ thuộc vào đặc tính khí động của tuabin và các khâu biến đổi nên luôn luôn nhỏ hơn giới hạn này.