BR112017012929B1

BR112017012929B1 - Método de operação de uma turbina eólica

Info

Publication number: BR112017012929B1
Application number: BR112017012929-9A
Authority: BR
Inventors: Jaume Betran Palomas; Pau NUALART; Jordi MERCADÉ
Original assignee: Ge Renewable Technologies Wind B.V.
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2022-05-03
Also published as: EP3034867A1; EP3034867B1; CN107278241A; US20180112646A1; BR112017012929A2; WO2016097225A1; CN107278241B; DK3034867T3

Abstract

Trata-se de métodos de operação de uma turbina eólica que inclui um ou mais sistemas engrenados de inclinação. O método compreende uma zona subnominal de operação para velocidades de vento abaixo da nominal e uma zona supranominal de operação para velocidades de vento iguais à ou acima da nominal. A zona subnominal de operação compreende uma primeira faixa operacional que se estende de uma velocidade de partida da velocidade de vento a uma primeira velocidade de vento e uma segunda faixa operacional que se estende da primeira velocidade de vento a uma segunda velocidade de vento, e a primeira faixa operacional compreende duas ou mais subfaixas, em que uma posição de inclinação constante diferente é definida para cada uma das subfaixas. O método compreende, adicionalmente, na primeira faixa operacional, a utilização dos sistemas engrenados de inclinação para colocar as lâminas na posição de inclinação definida para cada subfaixa como uma função da atual velocidade de vento.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a métodos de operação de uma turbina eólica que compreende pelo menos um sistema de inclinação engrenado. A invenção se refere, adicionalmente, a turbinas eólicas adequadas para a realização de tais métodos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] As turbinas eólicas modernas são utilizadas comumente para suprir eletricidade à rede elétrica. As turbinas eólicas compreendem, em geral, um rotor com um cubo de rotor e uma pluralidade de lâminas. O rotor é colocado em rotação sob a influência do vento nas lâminas. A rotatividade de uma haste de rotor aciona um rotor de gerador tanto diretamente (“acionado diretamente”) como através do uso de uma caixa de engrenagens. A caixa de engrenagens (se houver), o gerador e outros sistemas são frequentemente montados em uma nacela no topo de uma torre de turbina eólica.

[003] Uma velocidade variável de turbina eólica pode, tipicamente, ser controlada com a variação do torque de gerador e o ângulo de inclinação das lâminas. Como resultado, o torque aerodinâmico, a velocidade de rotor e a potência elétrica terão variações.

[004] Uma estratégia de controle comum do estado da técnica de uma velocidade variável de turbina eólica é descrita com referência à Figura 1. Na Figura 1, a operação de uma velocidade variável de turbina eólica típica é ilustrada em termos do ângulo de inclinação (β), da potência elétrica gerada (P), do torque de gerador (M) e da velocidade rotativa do rotor (w), como uma função da velocidade de vento.

[005] Em uma primeira faixa operacional, da velocidade de partida da velocidade de vento a uma primeira velocidade de vento (por exemplo, aproximadamente de 5 ou 6 m/s), o rotor pode ser controlado para girar, substancialmente, a uma velocidade constante que é alta o suficiente para ter a capacidade de controlar o mesmo com exatidão. A velocidade de partida da velocidade de vento pode ser, por exemplo, de aproximadamente 3 m/s.

[006] Em uma segunda faixa operacional, da primeira velocidade de vento (por exemplo, de aproximadamente 5 ou 6 m/s) a uma segunda velocidade de vento (por exemplo, de aproximadamente 8,5 m/s), o objetivo é, em geral, maximizar a saída de potência enquanto mantém o ângulo de inclinação das lâminas constante com a finalidade de capturar o máximo de energia. A fim de alcançar esse objetivo, o torque de gerador pode ser variado com a finalidade de controlar a velocidade de rotor a fim de conservar a relação de velocidade da ponta À (velocidade tangencial da ponta das lâminas de rotor divididas pela velocidade de vento predominante) constante com a finalidade de maximizar a potência coeficiente Cp.

[007] A fim de maximizar a saída de potência e conservar Cp constante em seu valor máximo, o torque de rotor pode ser definido de acordo com a seguinte equação:

em que k é uma constante, e w é a velocidade rotativa do gerador. Em uma turbina de vento de acionamento direto, a velocidade de gerador se iguala substancialmente a velocidade de rotor. Em uma turbina eólica que compreende uma caixa de engrenagens, normalmente, uma relação substancialmente constante existe entre a velocidade de rotor e a velocidade de gerador.

[008] Nessa região, o coeficiente de potência é, dessa forma, aperfeiçoado ao manter a relação de velocidade da ponta em um valor otimizado constante. A aerodinâmica da lâmina pode, em geral, ser baseado no desempenho nessa faixa operacional. Teoricamente, a turbina eólica irá, frequentemente, operar nessa faixa operacional e, dessa forma, faz sentido aperfeiçoar o desempenho da turbina nessa faixa. No entanto, isso quer dizer que o modelo aerodinâmico das lâminas pode não ser aperfeiçoado para outras faixas operacionais.

[009] Em uma terceira faixa operacional, que começa ao alcançar a velocidade rotativa de rotor nominal e se estende até alcançar a potência nominal, a velocidade de rotor pode ser conservada constante e o torque de gerador pode ser variado para tal efeito. Em termos de velocidades de vento, essa terceira faixa operacional se estende, substancialmente, da segunda velocidade de vento à velocidade de vento nominal, por exemplo, de aproximadamente 8,5 m/s a aproximadamente 11 m/s.

[010] Em uma quarta faixa operacional, que pode se estender da velocidade de vento nominal à velocidade máxima da velocidade de vento (por exemplo, de aproximadamente 11 m/s a 25 m/s), as lâminas podem ser giradas ("inclinadas") para manter o torque aerodinâmico liberado pelo rotor, substancialmente, constante. Na prática, a inclinação pode ser atuada de tal modo a manter a velocidade de rotor substancialmente constante. Na velocidade de vento de corte, a operação da turbina eólica é interrompida.

[011] Em resumo, na primeira, na segunda e na terceira faixas operacionais, por exemplo, em velocidades de vento abaixo da velocidade de vento nominal (a zona subnominal de operação), as lâminas são, normalmente, conservadas em uma posição de inclinação constante, a saber a “posição de inclinação de baixa avaliação”. A dita posição de inclinação pode, em geral, estar perto de um ângulo de inclinação de 0°. O ângulo de inclinação exato em condições de “baixa avaliação”, no entanto, depende do modelo completo da turbina eólica.

[012] E, na zona supranominal de operação, por exemplo, a velocidades de ventos na ou acima da velocidade de vento nominal, a energia máxima disponível na corrente de vento não é, de modo bem consciente, capturada. Isso é, as lâminas são ativamente inclinadas a uma posição em que as mesmas "apanhem" menos vento, e gerem menos torque quanto possível. Isso é feito principalmente para limitar as cargas na turbina eólica. Sustentação e arrasto podem, dessa forma, ser mudados para influenciar o torque aerodinâmico no rotor. Dessa maneira, mesmo que a velocidade de vento possa aumentar, o torque transmitido pelo rotor ao gerador pode continuar substancialmente o mesmo.

[013] Mesmo que a velocidade de vento seja normalmente determinada de uma maneira indireta ao determinar a velocidade rotativa do rotor, por exemplo, ao medir a velocidade rotativa do gerador, pode ser entendido que o controle é conduzido como uma função da velocidade de vento. Com base, por exemplo, na velocidade rotativa do gerador, o controle pode ser implantado com a variação do torque de gerador e/ou do ângulo de inclinação da lâmina.

[014] Quando a turbina eólica não estiver em operação, as lâminas podem assumir uma posição de pá (por exemplo, ao redor de ou a um ângulo de inclinação de 90°) para minimizar as cargas nas lâminas. Durante a maior parte da vida da turbina eólica, uma lâmina pode, no entanto, estar na mesma posição de inclinação predominante que é a posição padrão em velocidades de vento iguais à ou abaixo da velocidade de vento nominal. A velocidade de vento nominal, a velocidade de partida da velocidade de vento e a velocidade máxima da velocidade de vento podem, certamente, sofrer variações dependendo do modelo da turbina eólica.

[015] Com o propósito de inclinar as lâminas, cada lâmina pode ser montada no cubo empregando um sistema de inclinação. Em inúmeras turbinas conhecidas, tal sistema de inclinação pode compreender uma engrenagem de inclinação disposta entre o cubo e a lâmina, e um acionamento de inclinação que pode compreender um motor elétrico ou hidráulico. O motor pode acionar uma engrenagem atuadora através do uso de uma engrenagem de redução (às vezes denominada como um “redutor” ou como uma “engrenagem de redução”). A engrenagem atuadora (pinhão) pode, em geral, ser disposta para se enredar com uma engrenagem anular fornecida na lâmina de turbina eólica para colocar a lâmina em rotatividade e mudar seu ângulo de inclinação. Também é possível, no entanto, fornecer a engrenagem anular no cubo, desde que o motor e a engrenagem atuadora possam ser montados na lâmina. Tais sistemas de inclinação que envolvem uma engrenagem (por exemplo, um pinhão) que se enreda com outra engrenagem (por exemplo, uma engrenagem anular ou um segmento de engrenagem anular) são referidos como sistemas de inclinação "engrenados" no presente documento.

[016] É adicionalmente conhecido fornecer um sistema de inclinação individual (que compreende um motor separado e um controle separado) para cada lâmina de turbina eólica individual de um rotor. Além disso, é conhecido fornecer um sistema de inclinação comum em que o ângulo de inclinação das lâminas é o mesmo para todas as lâminas de um rotor. Tal sistema de inclinação comum pode compreender um único motor ou pode compreender uma pluralidade de motores, um para cada lâmina.

[017] Durante a operação da turbina eólica, forças podem estar atuando nas lâminas que resultam em um torque de variação constante ao redor do eixo geométrico longitudinal da lâmina. Essas forças podem incluir o torque aerodinâmico ao redor do eixo geométrico longitudinal da lâmina. Ademais, já que o centro de massa da lâmina não é frequentemente localizado exatamente em seu eixo geométrico de rotação, o peso da lâmina pode exercer um torque adicional ao redor do eixo geométrico longitudinal da lâmina. Ambas as forças são não constantes, amplamente cíclicas e tendem a girar a lâmina fora da posição determinada pelo sistema de controle de inclinação.

[018] Quando sistemas de inclinação que envolvem engrenagem são utilizados, o torque de variação pode fazer com que os flancos dos dentes da engrenagem atuadora (pinhão) e da engrenagem anular se toquem repetidas vezes na posição de lâmina predominante. Tal contato repetitivo entre dentes pode remover partículas metálicas finas, e pode criar uma impressão de dente nos flancos de contato da engrenagem anular e do pinhão. Esse contato repetitivo pode, dessa forma, levar à corrosão por atrito e ao desgaste prematuro. Já que a posição de inclinação na ou abaixo da velocidade de vento nominal, por exemplo, a posição de inclinação de baixa avaliação, é a posição predominante na maior parte do tempo para a maior parte das turbinas eólicas, o contato entre os dentes e suas consequências são frequentemente concentrados nos mesmos dentes.

[019] É conhecido fornecer dispositivos adicionais tais como, por exemplo, um dispositivo de ajustagem de lâmina de rotor que compreende um pinhão e meios de guia para deslocar o dispositivo de ajustagem de lâmina de rotor entre duas posições em que a cooperação entre o pinhão e a coroa de engrenagem é possível. Tais sistemas são descritos no documento no WO 2010045914. No entanto, esses sistemas podem envolver um grande número de componentes adicionais e podem ser um tanto complexos.

[020] É também conhecido fornecer dispositivos lubrificantes a fim de pelo menos, em parte, impedir corrosão por atrito. Por exemplo, o documento no US 7244097 fornece um dispositivo lubrificante configurado de tal modo que, devido um deslocamento temporário da roda dentada acionadora de uma posição de operação para uma posição lubrificante, o dispositivo lubrificante possa ser engatado com um ponto definido da engrenagem ou da roda dentada acionadora, com a finalidade de transferir o lubrificante. No entanto, tais modelos também são bastante complexos, dispendiosos e, ademais, a lubrificação não pode ser constantemente fornecida.

[021] Sistemas adicionais conhecidos fornecem passagens perfuradas no pinhão de acionamento ou no anel rotatório que podem enfraquecer o pinhão de acionamento ou o anel rotatório em que as mesmas são perfuradas. Outros sistemas conhecidos fornecem bicos de aspersão de lubrificante orientados em direção à área em que o lubrificante é desejado. No entanto, em tais sistemas o lubrificante pode ser espalhado mais do que desejável, dessa forma, contaminando a área ao redor do sistema de inclinação.

[022] A presente invenção fornece métodos de operação de turbinas eólicas que têm sistemas de inclinação de engrenagem, por exemplo, eletromecânica, que têm a capacidade de reduzir a corrosão por atrito entre os dentes em contato de uma maneira um tanto simples e rentável.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[023] Em um primeiro aspecto, um método de operação de uma turbina eólica em condições de estado estacionário como uma função de velocidade de vento é fornecido. A turbina eólica inclui um rotor com uma pluralidade de lâminas, um gerador, um ou mais sistemas engrenados de inclinação para a rotação das lâminas ao longo de seus eixos geométricos longitudinais e um sistema para a variação de um torque do gerador. O método compreende uma zona subnominal de operação para velocidades de vento abaixo de uma velocidade de vento nominal e uma zona supranominal de operação para velocidades de vento iguais à ou acima da nominal, em que a zona subnominal de operação compreende uma primeira faixa operacional que se estende de uma velocidade de partida da velocidade de vento a uma primeira velocidade de vento e uma segunda faixa operacional que se estende da primeira velocidade de vento a uma segunda velocidade de vento. A primeira faixa operacional compreende duas ou mais subfaixas, em que uma posição de inclinação constante diferente é definida para cada uma das subfaixas. O método compreende adicionalmente na primeira faixa operacional, a utilização dos sistemas engrenados de inclinação para colocar as lâminas na posição de inclinação definida para cada subfaixa como uma função da atual velocidade de vento, e a variação do torque do gerador para manter uma velocidade de rotor substancialmente constante, e na segunda faixa operacional, a variação do torque do gerador como uma função de velocidade de vento com a finalidade de manter uma relação de velocidade da ponta constante.

[024] De acordo com esse aspecto, em operação de estado estável sobre a primeira faixa operacional, a provisão de duas ou mais subfaixas que têm diferentes posições de inclinação definidas fornecem uma variação de uma posição de inclinação em etapas distintas como uma função da atual velocidade de vento. Isso garante que, em cada posição de inclinação definida, outros dentes ou pelo menos outras regiões dos mesmos dentes da engrenagem atuadora (pinhão) e da engrenagem anular estarão em contato uns com os outros. Dessa maneira, a corrosão por atrito entre os dentes de contato é evitada ou pelo menos reduzida, dessa forma, estendendo a vida útil da engrenagem (e do pinhão). Isso é uma solução bastante eficaz em termos de custo já que os mecanismos de inclinação estão frequentemente presentes em turbinas eólicas para a rotação das lâminas ao longo de seus eixos geométricos longitudinais de acordo com instruções de um sistema de controle de inclinação que também está frequentemente presente em turbinas eólicas para o controle de mecanismos de inclinação. Portanto, a fim de realizar esse método, turbinas eólicas não necessitam elementos adicionais, apenas a provisão de novas estratégias de controle.

[025] Ademais, essa solução envolve mudar o ângulo de inclinação em uma zona subnominal de operação, por exemplo, o ângulo de inclinação mínimo, como uma função de velocidade de vento. Essa mudança é feita em etapas distintas, duas ou mais etapas, dependendo da quantidade de subfaixas em que a primeira faixa operacional foi dividida. Isso contraria a prática do estado da técnica já que o ângulo de inclinação mínimo das lâminas não é frequentemente mudado na zona subnominal de operação. Empregando-se mudanças graduais, o consumo de energia do sistema de inclinação é menor do que se o sistema de inclinação fosse atuar continuamente.

[026] Em um segundo aspecto, uma turbina eólica é fornecida. A turbina eólica compreende um rotor com uma pluralidade de lâminas, um gerador, um sistema para a variação de um torque do gerador, um ou mais mecanismos de inclinação para a rotação das lâminas ao redor de seus eixos geométricos longitudinais e uma unidade de controle configurada para conduzir o método substancialmente como descrito anteriormente no presente documento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[027] Exemplos não limitantes da presente invenção serão descritos a seguir com referência às Figuras anexas, em que: a Figura 1 mostra uma típica curva de potência de uma turbina eólica; as Figuras 2a e 2b mostram exemplos diferentes de saída obtidos com a utilização dos presentes métodos; e as Figuras 3 e 4 mostram exemplos adicionais de saída que podem ser obtidos com a utilização adicional de exemplos dos presentes métodos.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[028] A curva de potência da Figura 1 foi discutida anteriormente. Na Figura 1, a linha contínua mostra o ângulo de inclinação β contrário à futura velocidade de vento V. Nessa situação de estado estacionário teórica, na zona subnominal de operação, por exemplo, na primeira, na segunda e na terceira faixas operacionais I, II e III, (de, por exemplo, aproximadamente 3 m/s a aproximadamente 11 m/s) o ângulo de inclinação não é variado de um ângulo de inclinação mínimo de, por exemplo, 0°. Em casos alternativos, o ângulo de inclinação mínimo ou padrão pode ser em qualquer outra quantidade perto de 0° definido como o ângulo de inclinação padrão dependendo das circunstâncias.

[029] Ao longo das Figuras a seguir, os mesmos números de referência serão utilizados para partes combinadas.

[030] As Figuras 2a e 2b mostram exemplos de um ângulo de inclinação de saída β contrário a futura velocidade de vento V obtido com a utilização de um método, substancialmente descrito anteriormente no presente documento. Nesses exemplos, a primeira faixa operacional I pode ser dividida em duas subfaixas e um ângulo de inclinação constante diferente pode ser definido para cada subfaixa. Em exemplos alternativos, outro número de subfaixas pode ser fornecido, por exemplo, três ou mais, cada um tendo um ângulo de inclinação constante diferente. Nesses exemplos, o ângulo de inclinação mínimo ou padrão pode ser, por exemplo, 2°. Alternativamente, qualquer outra quantidade perto de 0° pode ser definida como ângulo de inclinação padrão dependendo das circunstâncias.

[031] No exemplos da Figura 2a, a curva 10 mostra que uma primeira subfaixa a pode se estender, por exemplo, de, por exemplo, 3 m/s a 4,5 m/s e o ângulo de inclinação βa definido pode ser de aproximadamente 7° e a segunda subfaixa b pode se estender de, por exemplo, 4,5 m/s a 6 m/s e o ângulo de inclinação βb definido pode ser de aproximadamente 4,5°. Nesse exemplo, as subfaixas a e b podem ser consecutivas e podem apenas se sobrepor em um de seus limites C que corresponde a um limite superior de subfaixa a e um limite inferior de subfaixa b. Nesse exemplo limite C pode, dessa forma, ser estabelecido em 4,5 m/s. Nesse exemplo, duas posições de inclinação diferentes definidas são, dessa forma, definidas em que outros dentes da engrenagem atuadora e da engrenagem anular podem estar em contato uns com os outros dependendo da atual velocidade de vento. Isso evita ou pelo menos reduz corrosão por atrito entre os dentes em contato. Em exemplos alternativos, mais subfaixas podem ser definidas como tendo um ângulo de inclinação definido. Em alguns exemplos, os/as diferentes ângulos/posições de inclinação fornecidos/as para cada subfaixa podem variar uns dos outros/umas das outras em torno de 2 a 3°, por exemplo, 2,5°. Em exemplos adicionais, essa variação pode, em geral, estar entre 1° e 5°. Em alguns exemplos, a etapa entre uma posição de inclinação e outra pode ser de tal modo que a mesma envolva a mudança de um único dente da coroa. A quantidade de graus, dessa forma, depende do número de dentes de coroa. Em exemplos alternativos, a etapa entre subfaixas pode envolver a mudança de mais de um dente.

[032] No exemplo da Figura 2b, a curva 10’ mostra que uma primeira subfaixa a pode se estender de, por exemplo, 3 m/s e o ângulo de inclinação βa definido pode ser de aproximadamente 7° como no exemplo da Figura 2a, mas a segunda subfaixa b’ pode se estender, por exemplo, de 4 m/s a 6 m/s, e o ângulo de inclinação βb definido pode ser de aproximadamente 4,5°. Nesse exemplo, uma área de interseção IA pode ser definida entre, por exemplo, 4 m/s a 5 m/s. Nesse exemplo, o método pode compreender, adicionalmente, manter o ângulo de inclinação definido para uma subseção ao longo da área de interseção IA. Isso significa que o valor do ângulo de inclinação dentro da área de interseção IA pode depender do valor do ângulo de inclinação anterior. Nesse exemplo, se um valor do ângulo de inclinação antes de alcançar a área de interseção IA pertencer à subfaixa a, o ângulo de inclinação βa definido será mantido até 5 m/s (limite superior da subfaixa a). Ao contrário, se um valor do ângulo de inclinação antes de alcançar a área de interseção IA pertencer à subfaixa b’, o ângulo de inclinação βb definido será mantido até 4 m/s (limite inferior da subfaixa b’). Ao fazer isso, atuações do sistema de inclinação são reduzidas, dessa forma, minimizando problemas de histerese. O consumo de energia dos sistemas de inclinação é, dessa forma, também reduzido. Em exemplos alternativos, mais de duas subfaixas também podem ser previstas.

[033] Nesses exemplos, a posição de inclinação definida para cada subfaixa também podem variar umas das outras em aproximadamente 2 a 3°. Em exemplos adicionais, essa variação pode ser ligeiramente menor ou maior. Além disso, dependendo das circunstâncias, outros dentes da engrenagem atuadora (pinhão) e da engrenagem anular estarão em contato uns com os outros, dessa forma, estendendo a vida útil da engrenagem e/ou do pinhão.

[034] Em alguns exemplos, o método pode compreender adicionalmente a segunda faixa operacional II em duas ou mais subfaixas, sendo que cada uma tem uma posição de inclinação diferente definida e utiliza o sistema de inclinação engrenado para colocar as lâminas na posição de inclinação definida para cada subfaixa como uma função da atual velocidade de vento substancialmente como explicado para a primeira faixa operacional em conexão com as Figuras 2a e 2b. A Figura 3 mostra um exemplo desses métodos.

[035] O exemplo da Figura 3 se difere do exemplo da Figura 2b pelo fato de que a segunda faixa operacional II também pode ser dividida em subfaixas. Em particular, a curva 10” mostra duas subfaixas c, d. Em exemplos alternativos, a divisão da segunda faixa operacional em duas ou mais subfaixas também pode ser combinada com uma primeira faixa operacional como mostrado no exemplo da Figura 2a. Ademais, mais subfaixas também podem ser previstas.

[036] Na curva 10”, a subfaixa c pode se estender, por exemplo, de 6 m/s a 7,5 m/s e o ângulo de inclinação βc definido pode ser o ângulo de inclinação mínimo, por exemplo, de aproximadamente 2°, e a segunda subfaixa d pode se estender de, por exemplo, 7,5 m/s a 8,5 m/s e o ângulo de inclinação βd definido pode ser, por exemplo, 1,5°. Nesse exemplo, as subfaixas c, d podem ser consecutivas de uma maneira semelhante à maneira explicada para a primeira faixa operacional de acordo com a Figura 2a. Em exemplos alternativos, as subfaixas podem se sobrepor como explicado para a primeira faixa operacional em conexão com a Figura 2b.

[037] Em geral, na segunda faixa operacional, enquanto as lâminas são normalmente projetadas para máximo desempenho nessa faixa operacional, a posição de inclinação definida para cada subfaixa pode variar de aproximadamente 0,5° a aproximadamente 1°. Dessa maneira, pelo menos outras regiões dos mesmos dentes da engrenagem atuadora (pinhão) e da engrenagem anular entrarão em contato uns com os outros. Isso reduz pelo menos em parte o desgaste prematuro dos dentes em contato sem interferir substancialmente no desempenho otimizado dessa faixa operacional. Essas posições de inclinação ligeiramente diferentes podem também levar em consideração o fenômeno de torção das lâminas a velocidades de vento mais altas dentro da segunda faixa. Enquanto as lâminas são sujeitas à torção, seus desempenhos aerodinâmicos podem não corresponder exatamente aos seus desempenhos teóricos calculados ou simulados. Uma inclinação ligeiramente negativa pode compensar esse efeito.

[038] Como foi mostrado para a primeira faixa operacional, nesse exemplo, mudanças graduais de posições de inclinação são empregadas. Isso significa, dessa forma, que o sistema de inclinação não necessita atuar continuamente e o desgaste e a energia pela utilização do sistema de inclinação podem, dessa forma, ser menores.

[039] Nos exemplos mostrados até agora, a posição de inclinação é mantida constante ao longo da terceira faixa operacional. O problema de corrosão por atrito poderia, dessa forma, teoricamente persistir se a velocidade de vento ficasse dentro da terceira faixa operacional por períodos de tempo mais longos. No entanto, é relativamente improvável que a velocidade de vento fique dentro da terceira faixa operacional por um longo tempo sem, incidentalmente, aumentar além da velocidade de vento nominal. Na zona supranominal, as lâminas serão inclinadas com a finalidade de manter o torque aerodinâmico substancialmente constante. A posição de inclinação será, dessa forma, mudada pelo menos incidentalmente, de modo que dentes diferentes toquem outros e nova graxa ou novo lubrificante possa ser fornecido na localidade mais vulnerável para o problema de corrosão por atrito. Essa graxa ou esse lubrificante é levado até a localidade pelos dentes diferentes que entram em contato.

[040] Ainda em exemplos adicionais, o método pode compreender adicionalmente dividir a terceira faixa operacional em duas ou mais faixas e definir uma posição de inclinação constante diferente para cada subfaixa como uma função de velocidade de vento substancial como explicado para a primeira e a segunda faixas operacionais em conexão com as Figuras 2a, 2b e 3. A Figura 4 mostra um exemplo desses métodos. É proposto que todas as possíveis combinações desse exemplo, com os exemplos das Figuras 2a, 2b e 3, podem também ser previstas.

[041] O exemplo da Figura 4 difere do exemplo da Figura 3 pelo fato de que a terceira faixa operacional III também pode ser dividida em subfaixas, em particular a curva 10”’ mostra duas subfaixas e, f. Em exemplos alternativos, três ou mais subfaixas também podem ser previstas.

[042] Na curva 10”’, a subfaixa e pode se estender, por exemplo, de 8,5 m/s a 10 m/s e o ângulo de inclinação βe definido pode ser de aproximadamente 2,5° e a segunda subfaixa f pode se estender, por exemplo, de 9,5 m/s a 11 m/s e o ângulo de inclinação βf definido pode ser, por exemplo, de 3°. Nesse exemplo, as subfaixas e, f podem se sobrepor em uma interseção IA’ como explicado para a primeira faixa operacional de acordo com a Figura 2b. Em exemplos alternativos, as subfaixas podem ser consecutivas como explicado para a primeira faixa operacional em conexão com a Figura 2a.

[043] Mais uma vez nesse exemplo, empregando-se mudanças graduais em oposição às mudanças contínuas, o desgaste e o consumo de energia do sistema de inclinação podem ser relativamente baixos.

[044] Nesse exemplo, as lâminas podem ser giradas a uma posição de inclinação positiva, dessa forma, reduzindo o arrasto e reduzindo a sustentação, isto é, reduzindo as cargas na lâmina.

[045] Será claro a um técnico no assunto que os valores numéricos precisos em subfaixas a, b, b’, c, d, e, f e/ou ângulos de inclinação βa, βb, βc, βd, βe, e βf podem variar em exemplos adicionais. Os valores numéricos precisos podem depender, por exemplo, do local, da altura de torre, do modelo de lâmina e do modelo de sistema de inclinação (por exemplo, o número de dentes de pinhão e de engrenagem anular).

[046] Embora apenas alguns exemplos tenham sido descritos no presente documento, outras alternativas, modificações, usos e/ou equivalentes dos mesmos são possíveis. Além disso, estão cobertas também todas as possíveis combinações dos exemplos descritos. Desse modo, o escopo da presente invenção não deve ser limitado pelos exemplos particulares, porém, deve ser apenas determinado mediante uma leitura completa das reivindicações a seguir.

Claims

1. MÉTODO DE OPERAÇÃO DE UMA TURBINA EÓLICA em condições de estado estáveis como uma função de velocidade de vento em que a turbina eólica inclui um rotor com uma pluralidade de lâminas, um gerador, um ou mais sistemas engrenados de inclinação para a rotação das lâminas ao longo de seus eixos geométricos longitudinais e um sistema para a variação de um torque do gerador, e em que o método compreende uma zona subnominal de operação para velocidades de vento abaixo de uma velocidade de vento nominal e uma zona supranominal de operação para velocidades de vento iguais à ou acima da velocidade de vento nominal, em que a zona subnominal de operação compreende uma primeira faixa operacional que se estende de uma velocidade de partida da velocidade de vento a uma primeira velocidade de vento e uma segunda faixa operacional que se estende da primeira velocidade de vento a uma segunda velocidade de vento, em que o método compreende adicionalmente na primeira faixa operacional, a utilização dos sistemas engrenados de inclinação para colocar as lâminas na posição de inclinação definida para cada subfaixa como uma função da atual velocidade de vento, e a variação do torque do gerador para manter uma velocidade de rotor constante, e na segunda faixa operacional, a variação do torque do gerador como uma função de velocidade de vento com a finalidade de manter uma relação de velocidade da ponta constante o método sendo caracterizdo pela primeira faixa operacional compreender duas ou mais subfaixas, em que uma posição de inclinação constante diferente é definida para cada uma das subfaixas.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas subfaixas da primeira faixa operacional se sobreporem em uma área de interseção e a posição de inclinação definida para cada subfaixa é mantida ao longo da área de interseção.

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelas subfaixas serem consecutivas de tal modo que um limite superior de uma subfaixa inferior coincida com um limite inferior de uma subfaixa superior.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelas posições de inclinação constante diferentes na primeira faixa operacional variarem umas das outras de 1° a 5°.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por compreender adicionalmente dividir a segunda faixa operacional em duas ou mais subfaixas, em que uma posição de inclinação constante diferente é definida para cada uma das subfaixas e utilizar os sistemas engrenados de inclinação para colocar as lâminas na posição de inclinação definida para cada subfaixa como uma função da atual velocidade de vento.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelas posições de inclinação constante diferentes na segunda faixa operacional variarem umas das outras de 0,5° a 1°.

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pela zona subnominal de operação compreender adicionalmente um terceira faixa operacional que se estende da segunda velocidade de vento à velocidade de vento nominal e o método compreende adicionalmente, na terceira faixa operacional, a variação do torque do gerador para manter a velocidade do rotor constante e igual a uma velocidade nominal definida para o rotor.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender adicionalmente dividir a terceira faixa operacional em duas ou mais subfaixas, em que uma posição de inclinação constante diferente é definida para cada uma das subfaixas e utilizar os sistemas engrenados de inclinação para colocar as lâminas na posição de inclinação definida para cada subfaixa como uma função da atual velocidade de vento.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 8, caracterizado por uma única posição de inclinação ser definida para a terceira faixa operacional inteira.