BR0115539B1 - método para o controle de uma instalação de energia eólica, e, instalação de energia eólica. - Google Patents

Description

"MÉTODO PARA O CONTROLE DE UMA INSTALAÇÃO DE ENERGIAEÓLICA, E, INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA".

A presente invenção se refere a um método para o controle deuma instalação de energia eólica por ocasião de velocidades de vento muitoelevadas, no qual uma primeira velocidade de vento é pré-determinada, emque as lâminas de rotor da instalação de energia eólica são colocadas em umaprimeiro ajuste predeterminado.

A presente invenção também se refere a uma instalação deenergia eólica, em particular para a realização de um tal método de controle,com um acionamento de azimute e com um rotor com pelo menos uma únicalâmina de rotor individualmente ajustável.

Um método para o controle de uma instalação de energiaeólica de acordo com o preâmbulo da reivindicação principal e uma instalaçãode energia eólica de acordo com o preâmbulo da reivindicação 10 sãoconhecidos, por exemplo, da patente alemã DE 195 32 409. Além disto,métodos para o controle de uma instalação de energia eólica por ocasião develocidades de vento elevadas são conhecidos de Erich Hau,"Windkraftanlagen" ["Instalações de Energia Eólica"], editora Springer, 2aedição, 1996, folhas 89 e seguintes e 235 e seguintes.

Este conhecido estado da técnica preponderantementedescreve medidas que têm que ser tomadas para proteger instalações deenergia eólica por ocasião de velocidades de vento muito elevadas. Nestecaso, em particular cargas mecânicas são levadas em consideração para evitaruma danificação da instalação e/ou de componentes individuais.

Como medida padrão é regularmente descrito o ajuste daslâminas de rotor em uma assim denominada posição de bandeira. Apressuposição para isto é sobretudo o fato de que existe uma possibilidade devariar o ângulo de ataque das lâminas e rotor - o assim chamado de ajuste depasso. Se não existir uma tal possibilidade, uma ruptura de fluxo nas lâminasde rotor é produzida nas lâminas de rotor para implementar um alívio da cargasobre a instalação de energia eólica.

Neste método conhecido é, contudo, desvantajoso o fato deque nenhuma medida é indicada para velocidades de vento que continuam aaumentar, acima da primeira velocidade de vento pré-determinada, de modoque somente se pode confiar no fato de que as instalação são adequadamentedimensionadas para prevenir a destruição completa da instalação e uminevitável perigo potencial agudo, que isto poderia envolver na área próximaem torno da instalação.

O objetivo da presente invenção é, por conseguinte, indicar ummétodo para o controle de uma instalação de energia eólica e uma instalaçãode energia eólica para a realização deste método, os quais, por ocasião de umasituação de vento extremo, têm condições de reduzir, de modo o mais amplopossível, as cargas mecânicas da instalação de energia eólica, que ocorrem emvirtude deste vento extremo.

Para alcançar este objetivo, o método do tipo inicialmentemencionado, para o controle de uma instalação de energia eólica, édesenvolvido de tal maneira, que a casa de máquinas é colocada em umaposição de azimute pré-determinada por ocasião do atingimento de umasegunda velocidade de vento pré-determinada. Desta maneira, se tornapossível apoiar a medida tomada por meio de um ajuste adequado das lâminasde rotor para a proteção da instalação de energia eólica, por meio do ajuste dorotor para uma posição, na qual a resistência ao vento é particularmente baixa.

Em uma forma de realização da invenção, o rotor, neste caso, égirado para sotavento por meio de um ajuste da posição de azimute, de modoque ele se encontra no lado, remoto ao vento, da torre da instalação de energia eólica.

Em uma forma de realização particularmente preferida dométodo, além da posição de azimute da casa de máquinas e, com isto, daorientação para o lado de sotavento do rotor, o ângulo de ataque das lâminasde rotor ajustáveis é ajustado de tal maneira, que elas representam umaresistência menor possível para o vento. Desta maneira, a carga sobre todainstalação de energia eólica pode ser inequivocamente reduzida. Para estafinalidade, as lâminas de rotor são novamente colocadas na posição debandeira.

De modo particularmente preferido, o método de controle deacordo com a invenção pode ser configurado de tal maneira, queespecialmente as cargas sobre uma ou sobre várias lâminas de rotor sãodetectadas. Esta detecção pode ser efetuada, por exemplo, por meio dadeterminação da velocidade de vento sobre as lâminas de rotor, dadeformação das lâminas de rotor e/ou de outras maneiras adequadas (mediçãodas forças de tração e compressão na lâmina de rotor ou no cubo).

Em um desenvolvimento preferido da invenção, a torção decabos, os quais se estendem especialmente desde a casa de máquinas até ointerior da torre, ou vice-versa, é levada em consideração por ocasião daverificação da direção de movimento para o ajuste da posição de azimute dacasa de máquinas. Desta maneira, danos inevitáveis podem ser efetivamenteevitados. A primeira velocidade de vento pré-determinada, na ordem degrandeza de aproximadamente 20 m/s, é também usualmente referida comovelocidade de desconexão ou velocidade limite. Nesta velocidade, ou em umvalor um pouco acima, por exemplo 25 m/s, a maioria das instalações deenergia eólica se desligam, isto é, todo o rotor é frenado e então uma outrageração de energia não mais tem lugar.

Em um desenvolvimento particularmente preferido do método,o freio de azimute e/ou o freio de rotor são liberados, de modo que o ventosoprando contra a instalação ajusta o rotor do lado de sotaventoautomaticamente na posição com a menor resistência ao vento, sendo que, aomesmo tempo, as forças nas lâminas de rotor propriamente ditas podem serreduzidas por meio de uma possível rotação do rotor, de modo que ainstalação de energia eólica é ajustada de tal maneira por meio do métodoconsoante a invenção, que ela pode escapar, de modo o mais amplo possível,das forças do vento.

Outras formas de realização vantajosas da invenção sãocaracterizadas pelas reivindicações dependentes. A seguir, um exemplo derealização da invenção será explicado mais detalhadamente com base nasfiguras. Aqui, as figuras mostram:

figura 1 uma instalação de energia eólica na operação normal,

figura 2 uma instalação de energia eólica, a qual foi ajustadapor meio do método de acordo com a invenção após o atingimento de umaprimeira velocidade de vento, e

figura 3 uma instalação de energia eólica, a qual foi ajustadapor meio do método de acordo com a invenção por ocasião do atingimento deuma segunda velocidade de vento pré-determinada.

A figura 1 mostra uma instalação de energia eólica,configurada como um rotor voltado para o vento - isto é, o rotor se encontrano lado da torre 10, voltado para o vento. Na ponta da torre 10 se encontra acasa de máquinas 12 com o gerador (não representado) e as lâminas de rotor 14.

Nesta figura, esta instalação de energia eólica exemplificativaestá representada na operação normal e as lâminas de rotor 14 estão ajustadasde tal maneira, que elas retiram do vento, o qual está indicado por uma seta20, a potência máxima para a conversão em energia elétrica.

A figura 2 mostra igualmente uma instalação de energia eólicacom uma torre 10, em cuja ponta se encontra uma casa de máquinas 12. Nestafigura está representado um possível ajuste das lâminas de rotor 14, o qual éproduzido por meio do controle de acordo com a invenção, quando umaprimeira velocidade de vento pré-determinada, por exemplo de 20 m/s, éatingida ou é ultrapassada. As lâminas de rotor 14 são então giradas para umaassim denominada posição de bandeira, na qual elas são orientadas de talmaneira, que apresentam a menor resistência ao vento.

Desta maneira, a carga que o vento 20 soprando contra aslâminas de rotor 14 exerce sobre a instalação de energia eólica 8, 10, 12, 14 éclaramente reduzida. Além disto, nesta posição, o fluxo naturalmente não seaplica sobre as lâminas de rotor 14, de modo que as correspondentes forças(ascensionais) também não são produzidas. Por conseguinte, não ocorre umarotação do rotor.

Em instalações de energia eólica, nas quais não é possível avariação do ângulo de ataque das lâminas de rotor 14, pode existir uma reaçãosobre a parte do controle em correspondência ao método consoante ainvenção, em que, por exemplo, uma parte da lâmina de rotor, de preferênciauma parte externa, a qual é mais amplamente possível afastada ao cubo derotor (não mostrado), é ajustada de tal maneira, que o fluxo nas lâminas derotor se rompe e, com isto, a rotação é paralisada.

Por ocasião deste ajuste, todavia, as forças que atuam sobre aslâminas de rotor 14, sobre a casa de máquinas 12 e sobre a torre 10, sãosempre relativamente elevadas e, em particular o ajuste de azimute tem queresistir a consideráveis cargas.

Para evitar danificações, o método de controle de acordo coma invenção ajusta, por conseguinte, a posição de azimute da casa de máquinas12 por ocasião do atingimento de uma segunda velocidade de vento pre-determinada, por exemplo superior a 30 m/s - 50 m/s, de tal maneira, que orotor se encontra em sotavento, portanto no lado da torre 10, que é remoto aovento. Isto está representado na figura 3. A segunda velocidade de vento pre-determinada se situa na ordem de grandeza, de modo que referência pode serfeita a uma tempestade ou a um furacão. Em tais velocidades de vento,usualmente nada mais se movimenta nas instalações de energia eólica atéagora conhecidas, porque tanto o freio de azimute como também o freio derotor se encarregam da paralisação completa da instalação.

Na figura 3, a casa de máquinas 12 na ponta da torre 10 estáajustada de tal maneira, que o vento 20 primeiramente flui para além da torre10 e somente então atinge o rotor com as lâminas de rotor 14. Por meio daliberação do freio de azimute e do freio de rotor é possível nesta condição,que as forças que resultam do vento afluente e que atuam especialmente sobreas lâminas de rotor 14, possam conduzir a uma rotação livre da casa demáquinas 12 no mancai de azimute, de modo que o vento "entra" na casa demáquinas 12 por ocasião de alterações na direção do vento.

Como se pode reconhecer na figura 3, a posição das lâminasde rotor 14 em relação ao vento permaneceu invariável, isto é, as lâminas derotor 14 se encontram como de costume na assim chamada posição debandeira, na qual elas apresentam a menor resistência ao vento.

Visto que, contudo, a casa de máquinas 12 da instalação deenergia eólica 10, 12, 14 foi girada da posição de voltada ao vento para aposição de sotavento, isto é, realizou uma rotação por 180°, as lâminas derotor 14 giraram também por 180°, para que elas possam manter sua posiçãoem relação ao vento.

Correspondentemente, o apoio das lâminas de rotor e oacionamento de lâminas de rotor admitem uma tal rotação.

Neste caso, dois métodos fundamentais e naturalmentequalquer variante intermediária são possíveis para a alteração da posição daslâminas de rotor 14. Uma possibilidade consiste em inicialmente alterar aposição de azimute da casa de máquinas 12, de tal maneira, que o rotor semovimenta de orientado para o vento para sotavento, e a posição das lâminasde rotor 14 é deixada inalterada durante este ajuste. Contudo, isto conduz aofato de que as lâminas de rotor 14, após uma rotação de cerca de 90°, estãodispostas com sua área superficial total transversalmente com respeito aovento e, assim, oferecem ao vento a área total para a atuação sobre elas. Aqui,uma liberação do freio de rotor também apenas pode proporcionarlimitadamente um auxílio, pois pelo menos duas lâminas, das quais uma seencontra acima e a outra abaixo do eixo geométrico do rotor, são atuadas pelovento.

A alternativa preferida consiste em manter a posição daslâminas de rotor 14 em relação ao vento por meio de uma alteração contínuada posição das lâminas de rotor 14 em relação ao vento, por meio de umaalteração contínua na posição das lâminas de rotor 14 em relação à casa demáquinas 12 (com orientação em relação ao vento permanecendo a mesma)durante o ajuste da posição de azimute. Desta maneira, mesmo quando deuma posição da casa de máquinas 12 transversalmente com respeito à direçãodo vento 20, as lâminas de rotor 14 se encontram em uma posição de bandeirae oferecem, com isto, sempre a menor resistência possível.

A invenção acima descrita é especialmente adequada parainstalações de energia eólica em uma situação fora da costa. Visto quejustamente na situação fora da costa, portanto em instalações de energia eólicano mar aberto, é de se esperar que elas sejam em parte expostas àstempestades mais fortes, mas ao mesmo tempo mesmo na eventualidade demenor dano nas instalações, elas podem ser reparadas substancialmenteimediatamente, a invenção assegura que maiores ou menores danificações naspartes da instalação simplesmente não podem ocorrer por causa do ajuste daslâminas de rotor para a posição de bandeira e do ajuste da casa de máquinaspara a posição de sotavento provê que a carga de vento sobre toda a instalaçãode energia eólica e sobre partes dela (em particular a torre) seja tão reduzidaquanto possível.

Claims (13)

1. Método para o controle de uma instalação de energia eólica,com uma casa de máquinas e com um rotor com pelo menos uma lâmina derotor, em que as lâminas de rotor da instalação de energia eólica sãocolocadas em uma primeira posição predeterminada por ocasião doatingimento de uma primeira velocidade de vento predeterminada (velocidadede desconexão, velocidade limite) que é maior do que 20 m/s, e a casa demáquinas (12) é colocada em uma posição de azimute prescrita por ocasião doatingimento de uma segunda velocidade de vento predeterminada,caracterizado pelo fato de que, quando do movimento da casa de máquinas naposição de azimute predeterminada, as lâminas de rotor são tambémsimultaneamente ajustadas de tal maneira que sua posição (na posição debandeira) seja substancialmente inalterada com respeito à direção de ventoprincipal.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que as lâminas de rotor (14) são colocadas em uma segunda condiçãopredeterminada por ocasião do atingimento da segunda velocidade de ventopredeterminada.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que as lâminas de rotor (14) são colocadas na segunda condiçãopredeterminada após a casa de máquinas (12) atingir sua condiçãopredeterminada.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que a segunda condição predeterminada das lâminas de rotor (14) éimplementada durante a operação de ajuste predeterminada da casa demáquinas (12).

5. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes,caracterizado pelo fato de que as cargas que atuam sobre as lâminas de motorsão detectadas nas lâminas de rotor (14) por meios de detecção de carga.

6. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes,caracterizado pelo fato de que a torção de cabos na casa de máquinas é levadaem consideração por ocasião da verificação da direção de movimento para acasa de máquinas (12) para a nova posição de azimute.

7. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes,caracterizado pelo fato de que uma direção de vento média é determinadaespecialmente por ocasião de direções de vento que se alteram rapidamente, eque esta direção de vento média é levada em consideração por ocasião daverificação da direção de movimento da casa de máquinas (12).

8. Método de acordo com uma das reivindicações precedentes,caracterizado pelo fato de que no caso de vários parâmetros que influenciam adireção de movimento da casa de máquinas, uma ponderação dos parâmetrosé realizada.

9. Método para o controle de uma instalação de energia eólicade acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato deque, por ocasião do atingimento da segunda velocidade de ventopredeterminada, a casa de máquinas é levada para a posição de sotavento e aslâminas de rotor se encontram na posição de bandeira.

10. Método de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o freio de azimute é liberado porocasião do atingimento de uma velocidade acima da primeira velocidade, depreferência por ocasião do atingimento da segunda velocidade de vento.

11. Método de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o freio de rotor é liberado.

12. Instalação de energia eólica, em particular para arealização do método como definido em uma das reivindicações precedentes,com um acionamento de azimute e um rotor com pelo menos uma únicalâmina de rotor individualmente ajustável, caracterizada pelo fato de quecompreende um dispositivo de controle, o qual detecta o valor da velocidadede vento e, na dependência do valor apurado da velocidade do vento com orotor estacionário, altera o ângulo de ataque da(s) lâmina(s) (14) do rotor e aomesmo tempo a posição de azimute da casa de máquinas (12), de tal formaque, durante a operação de deslocar a casa de máquinas em uma posição deazimute predeterminada, a(s) lâmina(s) é(são) sempre substancialmente naposição de bandeira em relação à direção de vento principal.

13. Instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos ummicroprocessador no dispositivo de controle.