Les éoliennes sont conçues pour produire de l'électricité à un prix aussi bas que possible. Par conséquent, les éoliennes sont en général construites de manière à atteindre leur performance maximale à environ 15 m/s. Il est en fait inutile de concevoir des éoliennes qui maximalisent leur rendement à des vitesses de vent encore plus élevées, celles-ci étant peu fréquentes.

En cas de vitesses de vent supérieures à 15 m/s, il est nécessaire de perdre une partie de l'énergie supplémentaire contenue dans le vent afin d'éviter tout endommagement de l'éolienne. Toutes les éoliennes sont donc conçues avec un système de régulation de la puissance. Il y a deux manières différentes de contrôler en toute sécurité la puissance d'une éolienne moderne :

Sur une éolienne contrôlée à calage variable (appelée aussi une éolienne à pas variable), le contrôleur électronique vérifie plusieurs fois par seconde la puissance de sortie de l'éolienne. En cas de puissance de sortie trop élevée, le contrôleur électronique de l'éolienne envoie une commande au dispositif de calage qui pivote immédiatement les pales légèrement sur le côté, hors du vent. Inversement, les pales seront pivotées de manière à pouvoir mieux capter de nouveau l'énergie du vent, dès que le vent aura baissé d'intensité.

Comme vous pouvez le voir sur l'image, les pales du rotor doivent donc être mobiles autour de leur axe longitudinal (c.-à-d. pouvoir varier l'angle de pas).

Vous devez cependant noter que notre animation est exagérée : Au cours d'une régulation normale, les pales pivoteront seulement d'une fraction de degré à la fois - et le rotor tournera en même temps.

Concevoir une éolienne à pas variable suppose une ingénierie très avancée afin d'assurer le positionnement exact des pales. En général, le système de régulation pivote les pales de quelques degrés à chaque variation de la vitesse du vent pour que les pales soient toujours positionnées à un angle optimal par rapport au vent, de façon à assurer le meilleur rendement possible à tout moment.

Le mécanisme de calage est normalement opéré par un système hydraulique.

Sur une éolienne à régulation (passive) par décrochage aérodynamique (appelée aussi une éolienne à pas fixe), les pales sont fixées au moyeu de façon rigide.

Cependant, la géométrie de la pale a été conçue de façon à mettre à profit, en cas de vitesses de vent trop élevées, le décrochage aérodynamique en provoquant de la turbulence sur la partie de la pale qui n'est pas face au vent (voir la page précédente). Ce décrochage empêche la portance d'agir sur le rotor.

Si vous avez lu la page sur l'aérodynamique et le décrochage , vous savez déjà que lorsque la vitesse du vent augmente, l'angle d'attaque des pales augmentera également jusqu'à arriver au point de décrochage.

Si vous regardez attentivement la pale d'une éolienne à pas fixe, vous verrez qu'elle est légèrement vrillée autour de son axe longitudinal. En concevant la pale ainsi, on assure que le décrochage a lieu graduellement lorsque la vitesse du vent atteint sa valeur critique. (Il y a également d'autres raisons pour vriller la pale, cf. la page sur l'aérodynamique de la pale. )

La régulation par décrochage aérodynamique a avant tout l'avantage d'éviter l'installation de pièces mobiles dans le rotor même, ainsi qu'un système de contrôle très complexe. L'inconvénient est qu'une telle régulation ne pose pas seulement de grands défis à la conception aérodynamique des pales, mais également à la conception de l'éolienne entière afin d'éviter l'apparition de vibrations par le décrochage. Environ deux tiers des éoliennes qui sont installées actuellement dans le monde sont à pas fixe.

Un nombre croissant des grandes éoliennes (1 MW et plus) sont conçues avec un mécanisme dit de régulation active par décrochage aérodynamique.

Du point de vue technique, ayant des pales mobiles, ces machines ressemblent à celles contrôlées à calage variable. Afin d'avoir un couple relativement élevé à des vitesses de vent faibles, ces éoliennes sont normalement programmées pour pivoter leurs pales de la même façon que les éoliennes à pas variable. (Souvent on utilise seulement un nombre limité de pas fixes, dépendant de la vitesse du vent.)

Cependant, lorsque l'éolienne atteint sa puissance nominale , une grande différence par rapport aux éoliennes à pas variable est à noter : si la génératrice est sur le point d'être surchargée, l'éolienne pivotera ses pales dans la direction opposée à celle dans laquelle une éolienne à pas variable l'aurait fait. En d'autres mots, au lieu de le réduire, elle augmentera l'angle d'attaque des pales du rotor pour faire décrocher les pales encore plus, perdant ainsi l'excès d'énergie du vent.

Un des atouts d'un tel système de régulation est qu'il est possible de contrôler la puissance de sortie de façon plus précise que par la régulation passive par décrochage aérodynamique, ce qui permet d'éviter une surévaluation de la puissance nominale de l'éolienne au début d'une rafale. Un autre avantage est le fait que l'éolienne peut fonctionner presque exactement à sa puissance nominale à toutes les vitesses du vent. Une éolienne à pas fixe normale, par contre, enregistre une chute de la production de puissance électrique à des vitesses de vent élevées, au fur et à mesure que les pales décrochent de plus en plus.

Le mécanisme de calage est normalement opéré à l'aide de systèmes hydrauliques ou de moteurs électriques pas à pas.

Tout comme c'est le cas pour les éoliennes contrôlées à calage variable, c'est avant tout une question financière d'évaluer s'il vaut la peine de payer pour la plus grande complexité de l'éolienne qui résulte de l'installation du dispositif de calage des pales.

Sur certaines éoliennes anciennes, des ailerons (volets) sont utilisés pour contrôler la puissance du rotor, de la même façon que les avions utilisent des volets pour changer la géométrie des ailes et obtenir une meilleure portance au moment du décollage.

Une autre possibilité théorique est d'orienter le rotor entier légèrement hors du lit du vent pour réduire la puissance. C'est cependant uniquement sur des éoliennes très petites de 1 kW ou moins que cette technique de contrôle de puissance par l'orientation du rotor est utilisée, étant donné que le rotor est exposé à des charges qui varient cycliquement risquant d'endommager la structure entière à la longue.