BR112019009974A2

BR112019009974A2 - método para operar uma instalação de energia eólica para gerar energia elétrica a partir do vento, e, instalação de energia eólica para gerar energia elétrica a partir do vento.

Info

Publication number: BR112019009974A2
Application number: BR112019009974A
Authority: BR
Inventors: Messing Ralf; Weber Tobias
Original assignee: Wobben Properties Gmbh
Priority date: 2016-12-05
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2019-08-27
Also published as: CA3043781A1; US20190301429A1; RU2729587C1; CN110036197A; CN110036197B; KR20190089045A; WO2018104299A1; US11131291B2; EP3548737A1; DE102016123450A1; EP3548737B1; DK3548737T3; JP2019536937A

Abstract

a invenção se refere a um método para operar uma instalação de energia eólica para gerar energia elétrica a partir do vento, em que a instalação de energia eólica compreende um rotor aerodinâmico com pás de rotor que são ajustáveis com relação ao ângulo de pá do mesmo e em que o rotor pode ser operado a uma velocidade de rotor variável. a instalação de energia eólica compreende adicionalmente um gerador acoplado ao rotor aerodinâmico para geração de uma potência de saída. em um modo de carga parcial, no qual o vento é tão fraco que a instalação de energia eólica ainda não pode ser operada na potência máxima de saída da mesma, a potência de saída é estabelecida como uma função do vento, uma densidade de ar atual do vento é detectada e cada ângulo de pá é estabelecido como uma função da velocidade de rotor e como uma função da densidade de ar detectada. a invenção se refere adicionalmente a uma instalação de energia eólica.

Description

MÉTODO PARA OPERAR UMA INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA PARA GERAR ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DO VENTO, E, INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA PARA GERAR ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DO VENTO [001] A presente invenção se refere a um método para operar uma instalação de energia eólica e a uma instalação de energia eólica deste tipo.

[002] As instalações de energia eólica são conhecidas e as modernas instalações de energia eólica referem-se geralmente a instalações de energia eólica de eixo geométrico horizontal, nas quais o eixo geométrico do rotor está arranjado substancialmente na horizontal e as pás de rotor cobrem uma área de rotor substancialmente perpendicular. A presente invenção também se refere a instalações de energia eólica deste tipo ou a este tipo de instalação de energia eólica.

[003] As modernas instalações de energia eólica deste tipo normalmente têm três pás de rotor, cujo ângulo de pá pode ser adicionalmente ajustado. Neste caso, elas geralmente podem ser ajustadas entre uma posição de sinalização de aproximadamente 90 graus até um ângulo ideal no modo de carga parcial de aproximadamente 0 graus, ou pelo menos apenas alguns graus abaixo de zero. A presente invenção também se refere a uma instalação de energia eólica com pás de rotor cujo ângulo de pá é ajustável.

[004] O ajuste das pás de rotor é normalmente usado para desligar as pás de rotor do vento, aumentando especificamente o ângulo de pá das ditas pás de rotor, começando a partir de uma velocidade de vento nominal à medida que a velocidade de vento continua a aumentar. Além disso, a presente invenção também baseia-se na nomenclatura para o ângulo de pá que o dito ângulo de pá é aumentado para a posição de sinalização.

[005] Um ângulo de pá ideal é frequentemente estabelecido de maneira fixa em um modo de carga parcial, no qual a velocidade de vento ainda não atingiu a velocidade de vento nominal. Este ângulo de pá, que

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2/16 também pode ser referido como ângulo de carga parcial, é selecionado de uma maneira aerodinamicamente ideal. Para este fim, a instalação de energia eólica também é operada, tanto quanto possível, com uma razão de velocidade de ponta ideal neste modo de carga parcial. Deve-se ter cuidado aqui para que este ângulo de carga parcial ideal seja associado à razão de velocidade de ponta ideal, ou seja, a razão da velocidade de rotação de rotor à velocidade de vento.

[006] As instalações de energia eólica estão agora também sendo cada vez mais instaladas em regiões relativamente remotas, que também podem diferir significativamente das condições de contorno habituais em termos climáticos e de altura da usina. Quanto mais as condições de contorno, particularmente as condições atmosféricas, diferirem das condições habituais aqui, menos as hipóteses que formam a base para o cálculo do ângulo de carga parcial ideal e da razão de velocidade de ponta ideal se associam ao local da usina. Consequentemente, pelo menos um grau relativamente pobre de eficiência pode ser estabelecido no modo de carga parcial. Pode até levar a um modo de carga parcial, como se pretendia não ser possível, pelo menos operando de uma maneira comparativamente instável. Em particular, paradas indesejadas podem ocorrer.

[007] Uma solução para o problema podería envolver a associação de cada instalação de energia eólica ao local da usina pretendido de uma maneira individual e correspondente. No entanto, isto é problemático, pelo menos, na medida em que o projeto individualizado deste tipo pode ser dispendioso e exigir adicionalmente conhecimento correspondente do local da usina pretendido. Além disso, neste caso também deve-se ter cuidado para que uma instalação de energia eólica que é individualizada desta maneira também possa ser movida para o local da usina associado. Deve-se ter cuidado, pelo menos, para que a parametrização correta seja realizada no local da usina.

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3/16 [008] Mesmo que esses problemas estivessem para ser tratados, problemas poderíam ocorrer, entretanto, devido às flutuações relacionadas à época do ano ou à hora do dia ou a outros fatores, por exemplo.

[009] Vários métodos para controlar instalações de energia eólica, dos quais todos mostram pelo menos parcialmente as desvantagens mencionadas, são conhecidos, por exemplo, a partir dos documentos US 2013/0101413 Al, US 2013/0280066 Al, US 2012/0139244 Al e DE 10 2010 054 013 Al.

[0010] O documento US 2013/0101413 Al descreve um método para controlar o ângulo de inclinação de uma instalação de energia eólica. A instalação de energia eólica compreende um rotor com pelo menos uma pá de rotor. O método compreende ajustar o ângulo de ataque de pelo menos uma pá de rotor em função da densidade de ar determinada.

[0011] O documento US 2013/0280066 Al compreende um método para operar uma instalação de energia eólica, que compreende operar a instalação de energia eólica em um modo de redução de ruído com base em pelo menos um ponto de referência de um parâmetro de instalação de energia eólica, de tal modo que o ruído gerado pela instalação de energia eólica permanece abaixo de um nível predefinido de emissão de ruído. Pretende-se aplicar um fator de correção ao, pelo menos, um valor desejado de um parâmetro da instalação de energia eólica. O fator de correção é determinado em função de um valor hermético.

[0012] O documento US 2012/0139244 Al descreve um método para controlar pelo menos uma instalação de energia eólica, compreendendo a seleção de uma primeira curva operacional efetiva a partir de uma pluralidade de curvas operacionais e a aplicação da primeira curva operacional efetiva para controlar pelo menos uma instalação de energia eólica. As curvas operacionais podem ser compostas por segmentos de curva de operação.

[0013] Por fim, o documento DE 10 2010 054 013 Al descreve um

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4/16 método para operar uma instalação de energia eólica controlada pela inclinação com pelo menos uma pá de rotor, do qual o eixo geométrico pode ser ajustado, e um gerador, no qual um valor desejado para o torque do gerador é especificado como função da velocidade rotacional do gerador ou do rotor, onde um ponto de transição em que a comutação é feita de uma operação de carga parcial para uma operação de carga completa, com as etapas de determinar um valor para a densidade de ar p, definindo um ângulo de inclinação preliminar (p_pre) de uma velocidade de pré-inclinação que é menor que a velocidade no ponto de transição, em que o valor do ângulo de inclinação preliminar (p_pre) depende do valor determinado da densidade de ar p, de tal modo que, a uma menor densidade de ar, é definido um maior ângulo de inclinação preliminar do que a uma maior densidade de ar.

[0014] A invenção é, portanto, com base no objeto de abordar pelo menos um dos problemas acima mencionados. Um objetivo particular é propor uma solução que leve em conta as condições atmosféricas individuais ou, pelo menos, as considere melhor do que antes. O objetivo é pelo menos propor uma solução alternativa para soluções conhecidas.

[0015] A invenção propõe um método para operar uma instalação de energia eólica como reivindicado na reivindicação 1. Consequentemente, a invenção baseia-se em uma instalação de energia eólica com um rotor aerodinâmico que tem uma pluralidade de pás de rotor, cujo ângulo de pá pode ser ajustado. Um rotor com apenas uma pá de rotor pode também ser usado em princípio, mas é preferencialmente proposto um rotor aerodinâmico com três pás de rotor. O rotor também pode ser operado a uma velocidade de rotação de rotor variável. A velocidade de rotação de rotor pode, portanto, ser alterada, por exemplo, dependendo da velocidade de vento, particularmente no modo de carga parcial.

[0016] O rotor aerodinâmico é acoplado a um gerador que gera uma potência de saída. Desconsiderando a perda de potência, o gerador gera,

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5/16 portanto, a potência extraída a partir do vento.

[0017] A potência de saída é estabelecida dependendo do vento, ou seja, dependendo da velocidade de vento, em um modo de carga parcial no qual o vento é tão fraco que a instalação de energia eólica ainda não pode ser operada em sua potência máxima de saída. O modo de carga parcial é, portanto, o modo no qual a instalação de energia eólica ainda não pode atingir sua potência máxima de saída por conta do vento excessivamente fraco, especificamente no qual ela, em particular, ainda não pode atingir sua potência nominal. A potência nominal normalmente pode ser alcançada quando a velocidade de vento atinge a velocidade de vento nominal. Consequentemente, o modo de carga parcial também se refere a um modo da instalação de energia eólica até a velocidade de vento nominal.

[0018] Propõe-se agora que a densidade de ar atual do vento, ou seja, a densidade de ar atual da atmosfera que circunda a instalação de energia eólica, seja detectada.

[0019] E então proposto que cada ângulo de pá seja estabelecido dependendo da potência de saída ou da velocidade de rotação de rotor e dependendo da densidade de ar detectada.

[0020] Consequentemente, propõe-se que o ângulo de pá de cada pá de rotor seja estabelecido no modo de carga parcial. Isto também pode significar que os ditos ângulos de pá podem ser estabelecidos nos mesmos valores sincronicamente uns aos outros. Portanto, no entanto, não é provido um ângulo de pá constante ao longo de toda a faixa do modo de carga parcial, mas sim o dito ângulo de pá é alterado. Essa alteração é feita dependendo da potência de saída ou da velocidade de rotação de rotor. A potência de saída ou a velocidade de rotação de rotor, portanto, formam uma variável de entrada para este processo de configuração do ângulo de pá. Deve ser levado em consideração para este fim que a potência de saída ou a velocidade de rotação de rotor é diretamente detectada e usada para este processo de configuração

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6/16 do ângulo de pá, ou que um valor que é equivalente à potência de saída ou à velocidade de rotação de rotor é usado, por exemplo, um valor que é proporcional à potência de saída ou à velocidade de rotação de rotor e que varia de zero a um, devido a uma padronização.

[0021] Além disso, a densidade de ar detectada é levada em consideração como um fator no qual o processo de configuração do ângulo de pá é dependente. O ângulo de pá, portanto, também depende diretamente da densidade de ar. Portanto, uma densidade de ar que se altera durante a operação também pode ser levada em conta e isso ocorre por meio da configuração correspondente do ângulo de pá aqui citado.

[0022] Portanto, propõe-se uma solução que permita levar em conta diferentes valores de densidade de ar. Portanto, é possível associar a operação de uma instalação de energia eólica a localizações com valores de densidade de ar médio que diferem significativamente dos valores de densidade de ar habituais. No entanto, também é possível levar em conta os valores flutuantes de densidade de ar. Portanto, uma boa operação de uma instalação de energia eólica também pode ser realizada em locais que estão sujeitos a flutuações severas na densidade de ar.

[0023] Neste caso, verificou-se que valores de densidade de ar particularmente baixos levam a um ângulo de ataque efetivo no aumento da pá de rotor. Devido ao ajuste dependente da densidade de ar dos ângulos da pá, referido como inclinação por um versado na técnica, este ângulo de ataque efetivo que é aumentado deste modo pode ser compensado de novo.

[0024] Neste caso, o ângulo de ataque é o ângulo entre a pá de rotor e o vento aparente, ou seja, o ângulo entre a pá de rotor e a direção do fluxo de ar que realmente entra durante a operação, ou seja, levando em conta movimento da pá de rotor. O ângulo de ataque também pode ser referido como ângulo de ataque efetivo.

[0025] Para o fim de detectar a densidade de ar, uma pressão de ar e

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7/16 uma temperatura de ar fora da instalação de energia eólica, mas na vizinhança da instalação de energia eólica, são medidas preferencialmente e a densidade de ar é determinada a partir das mesmas, em particular, é calculada a partir das mesmas. Portanto, a pressão de ar é detectada diretamente pelas medições atuais e, como resultado, alterações na densidade de ar também podem ser imediatamente identificadas e é possível reagir a elas, se necessário.

[0026] De acordo com uma modalidade, propõe-se que o ângulo de pá seja estabelecido dependendo de uma característica de inclinação. Esta característica de inclinação especifica, para o modo de carga parcial, o ângulo de pá a ser estabelecido como uma função da potência de saída ou da velocidade de rotação de rotor. Para este fim, propõe-se que a característica de inclinação também dependa da densidade de ar. Portanto, o processo de configuração do ângulo de pá pode ser realizado de uma maneira simples por meio de uma característica de inclinação. A configuração, dependendo da potência de saída, pode ser facilmente implementada porque a potência de saída frequentemente está disponível como uma variável relacionada ao controle em um computador de processo que é usado. Se a velocidade de rotação de rotor é usada como uma variável de entrada, ela pode ser medida e da mesma forma pode estar disponível de tal modo em um computador de processo que é usado. Além disso, a potência de saída e a velocidade de rotação de rotor estão frequentemente em uma razão fixa.

[0027] Deve-se ter cuidado também para que a dinâmica do arranjo de controle de potência seja muito mais rápida do que a dinâmica do arranjo de controle de inclinação, de modo que quaisquer problemas de vibração entre o arranjo de controle de potência, por um lado, e o arranjo de controle de inclinação, por outro lado, também devem ser evitados dessa maneira.

[0028] E preferencialmente proposto que uma pluralidade de características de inclinação seja armazenada e que uma característica de inclinação seja selecionada dentre as características de inclinação

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8/16 armazenadas dependendo da densidade de ar detectada, a dita característica de inclinação se associando à densidade de ar correspondente ou tendo sido armazenada para a densidade de ar correspondente. Esta característica de inclinação é então usada para estabelecer o ângulo de pá. Como resultado, a densidade de ar pode ser levada em conta por meio da característica de inclinação de uma maneira simples por meio, especificamente, da característica de inclinação, de tal modo especificando apenas uma relação entre o ângulo de pá e a velocidade de rotação de rotor, mas a dependência na densidade de ar sendo incorporada por meio de uma pluralidade de características de inclinação, ou seja, em particular, um conjunto de características de inclinação, sendo armazenadas e a característica de inclinação que é associada à respectiva densidade de ar sendo selecionada. [0029] E preferencialmente proposto que o ângulo de pá seja aumentado à medida que a densidade de ar diminui. Como resultado, é possível, em particular, neutralizar um ângulo de ataque efetivo que aumenta devido à diminuição da densidade de ar. Verificou-se que, aumentando o ângulo de pá à medida que a densidade de ar diminui, é possível evitar o aumento do ângulo de ataque efetivo e, portanto, é evitada uma parada.

[0030] Como resultado, uma parada pode ocorrer particularmente em densidades de ar relativamente baixas, o que agora está sendo evitado.

[0031] De acordo com uma modalidade, propõe-se que o método seja caracterizado pelo fato de que a potência de saída é estabelecida dinamicamente com uma primeira constante de tempo e o ângulo de pá de rotor é estabelecido dinamicamente com uma segunda constante de tempo. Para este fim, propõe-se que a primeira constante de tempo seja selecionada para ser menor do que a segunda constante de tempo, preferencialmente pelo menos por um fator de 10. Portanto, propõe-se que a potência de saída seja estabelecida com dinâmica mais alta. Em particular, um elemento de retardo da primeira ordem ou um elemento de retardo da segunda ordem pode ser

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9/16 aplicado aqui como dinâmica e para este fim as constantes de tempo são determinadas de acordo com a definição geralmente habitual. Neste caso, a constante de tempo para o elemento de retardo da primeira ordem pode ser considerada como o tempo no qual a resposta de etapa do elemento de retardo assume o valor de 0,63, com base em uma etapa de entrada com a amplitude 1.

[0032] Portanto, é possível que o controle de prioridade no modo de carga parcial seja realizado ao configurar a potência de saída. Isto pode ser limitado substancialmente a uma resposta do arranjo de controle para a potência de saída, particularmente no caso de pequenas flutuações na velocidade de vento e, portanto, pequenas flutuações na velocidade de rotação de rotor. Os ajustes de pá são então preferencialmente realizados com menos frequência ou pelo menos com uma amplitude comparativamente baixa.

[0033] De acordo com uma outra modalidade, propõe-se que, no modo de carga parcial, a potência de saída seja estabelecida por meio de uma característica operacional. Esta característica operacional especifica a potência de saída a ser estabelecida dependendo da velocidade de rotação de rotor. Uma característica operacional deste tipo pode, portanto, ser armazenada tal como a característica de inclinação acima mencionada ou as características de inclinação acima mencionadas.

[0034] Para este fim, é agora proposto adicionalmente que a potência de saída depende adicionalmente da densidade de ar detectada. Isto pode ser realizado, em particular, de tal modo que, para o fim de levar em conta diferentes densidades de ar, uma pluralidade de características operacionais são armazenadas e estas são selecionadas dependendo da densidade de ar. Com relação a este respeito, um conjunto de características operacionais pode também ser armazenado aqui, em que uma característica operacional é associada em cada caso a uma densidade de ar e a característica operacional associada correspondentemente é selecionada dependendo da densidade de ar

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10/16 detectada.

[0035] O uso de uma característica operacional para estabelecer a potência de saída também é preferencialmente proposto quando a característica operacional não depende diretamente da densidade de ar, ou seja, quando a densidade de ar é levada em conta apenas ou particularmente por meio de configuração do ângulo de pá.

[0036] A invenção também se refere a uma instalação de energia eólica para gerar energia elétrica a partir do vento e uma instalação de energia eólica deste tipo compreende um rotor aerodinâmico com pás de rotor cujo ângulo de pá pode ser ajustado, em que o rotor pode ser operado a uma velocidade de rotação de rotor variável. A instalação de energia eólica também tem um gerador que é acoplado ao rotor aerodinâmico e com o qual é gerada uma potência de saída. Estas instalações de energia eólica são equipadas para serem operadas em um modo de carga parcial, que é definido como acima. Neste caso, a dita instalação de energia eólica é equipada para detectar uma densidade de ar atual do vento e para estabelecer cada ângulo de pá dependendo da velocidade de rotação de rotor ou da potência de saída e também dependendo da densidade de ar detectada.

[0037] Portanto, a potência de saída é estabelecida dependendo do vento no modo de carga parcial aqui também mencionado. Neste caso, isto não é necessariamente feito diretamente dependendo do vento, ou seja, não necessariamente dependendo de uma medição de vento, mas preferencialmente ao configurar a potência de saída dependendo da velocidade de rotação de rotor. Um ponto operacional estável é preferencialmente encontrado aqui, no qual a potência de saída estabelecida é estabelecida de tal modo que a velocidade de rotação de rotor não se altera uma vez que a velocidade de vento também não se altera. Como resultado, a potência de saída é então por fim estabelecida na velocidade de vento que prevalece naquele instante.

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11/16 [0038] A instalação de energia eólica pode ser equipada para estabelecer o ângulo de pá dependendo da velocidade de rotação de rotor ou da potência de saída e dependendo da densidade de ar detectada, particularmente por meio de um computador de processo ou, em geral, da tecnologia de gerenciamento de processo ou controle de processo providos na instalação de energia eólica, sendo capaz em geral de detectar uma densidade de ar. Para este fim, um sensor para medir a pressão de ar e também um sensor para medir a temperatura de ar pode, por exemplo, ser provido. Como alternativa, as entradas de dados correspondentes são levadas em consideração. Além disso, pode ser provida uma memória de dados correspondente, na qual os correspondentes relacionamentos desejados entre o ângulo de pá e a densidade de ar são armazenados discretamente ou como funções. A provisão pode ser feita particularmente para prover uma memória de dados que armazena um conjunto de características de inclinação.

[0039] Um meio de controle de potência, que está equipado para estabelecer a potência de saída dependendo da velocidade de rotação de rotor, é preferencialmente provido. Particularmente, para um gerador síncrono extemamente agitado, o meio de controle pode estabelecer a agitação externa. Para este fim, por exemplo, um controlador de corrente correspondente pode ser provido para controlar uma corrente de agitação, cujo controlador de corrente pode ser controlado dependendo da velocidade de rotação de rotor em particular.

[0040] Além disso, é provido um meio de controle de inclinação que está equipado para estabelecer um ângulo de pá, dependendo da velocidade de rotação de rotor e da densidade de ar. Este meio de controle de inclinação pode, portanto, compreender, por exemplo, um acionamento de inclinação para cada pá de rotor e um processador de controle também pode ser provido para este fim, o dito processador de controle controlando a inclinação dependendo da velocidade de rotação de rotor e da densidade de ar, o

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12/16 acionamento de inclinação então implementando a dita inclinação. Parte do processo de cálculo do ângulo de pá a ser respectivamente estabelecido pode também ser realizado centralmente para todas as pás de rotor e, portanto, todos os acionamentos de inclinação.

[0041] Um meio de armazenamento que está equipado para armazenar configurações de ângulo de pá dependendo da velocidade de rotação de rotor e da densidade de ar também é proposto. A provisão é aqui feita particularmente para este meio de armazenamento para armazenar as características de inclinação dependentes da densidade de ar.

[0042] A instalação de energia eólica é preferencialmente equipada para executar pelo menos um método de acordo com uma das modalidades acima descritas. Em particular, um método do dito tipo pode ser implementado em um aparelho de controle na instalação de energia eólica.

[0043] A invenção será agora explicada abaixo em maior detalhe a título de exemplo, usando modalidades exemplificativas com referência às figuras anexas.

[0044] A figura 1 mostra esquematicamente uma ilustração em perspectiva de uma instalação de energia eólica.

[0045] As figuras 2 e 3 mostram, cada uma, um conjunto de características de inclinação.

[0046] A figura 4 mostra uma estrutura de controle simplificada para realizar a configuração de um ângulo de pá no modo de carga parcial, dependendo da potência de saída e da densidade de ar detectada.

[0047] A figura 1 mostra uma ilustração esquemática de uma instalação de energia eólica de acordo com a invenção. A instalação de energia eólica 100 tem uma torre 102 e uma nacela 104 na torre 102. Um rotor aerodinâmico 106 com três pás de rotor 108 e um cone de hélice 110 é provido na nacela 104. Durante a operação da instalação de energia eólica, o rotor aerodinâmico 106 é feito para girar pelo vento e, portanto, um rotor

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13/16 eletrodinâmico de um gerador, que é direta ou indiretamente acoplado ao rotor aerodinâmico 106, também gira. O gerador elétrico é arranjado na nacela 104 e gera energia elétrica. O ângulo de inclinação das pás de rotor 108 pode ser alterado por motores de passo nas raízes de pá de rotor 108b das respectivas pás de rotor 108.

[0048] As figuras 2 e 3 mostram, em princípio, dois tipos diferentes de conjuntos de características. Ambas as figuras 2 e 3 mostram o ângulo de pá oc, que também pode ser referido como inclinação ou ângulo de inclinação, dependendo da potência de saída P. Em ambos os casos, há inicialmente um ângulo de pá constante oc, que pode ter o valor de um ângulo de carga parcial fixamente pré-especificado ocT, a potências baixas. A medida que a potência P aumenta, propõe-se então aumentar o ângulo de pá oc. Neste caso, são providas características diferentes para o ângulo de pá, dependendo da densidade de ar p, portanto as ditas diferentes características formam um conjunto de características. As duas propostas exemplificativas das figuras 2 e 3 diferem em relação ao conjunto de características.

[0049] A figura 2 mostra um perfil no qual o ângulo de pá é aumentado em todas as potências menores P, quanto menor a densidade de ar p. Neste caso, a curva sólida mostra o perfil do ângulo de pá para uma densidade de ar normal po, para a qual um valor de 1,225 kg/m³ é tomado como base. Para esta densidade de ar normal, o ângulo de pá aumenta começando a partir de uma potência Po. A característica pontilhada mostra um perfil para uma densidade de ar mais baixa pi e a característica tracejada e pontilhada mostra um perfil para uma densidade de ar ainda mais baixa p2. De acordo com essas duas características, o ângulo de pá já é aumentado para uma potência de saída mais baixa que a de Po. O valor de p2 pode ser 1 kg/m³e o de pi pode ser 1,1 kg/m³, por exemplo.

[0050] Pode ser observado que as características da figura 2 foram selecionadas de tal modo que elas correm aproximadamente paralelas umas às

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14/16 outras.

[0051] Na modalidade da figura 3, propõe-se também aumentar os ângulos de pá para diferentes densidades de ar p₀, pi e P2 começando a partir de uma potência Po. No entanto, é então proposto um perfil que é ainda mais íngreme quanto menor for a densidade de ar.

[0052] Os valores para PO, p₀, pi e P2 podem ser os mesmos para ambas as figuras 2 e 3. As duas figuras 2 e 3 também mostram um perfil das características de ângulo de pá e, portanto, dos conjuntos de características até a potência nominal Pn.

[0053] A estrutura de controle da figura 4 mostra, de uma maneira ilustrativa, um gerador 401 e uma pá de rotor 403 que pode ser ajustada por meio de um acionamento de inclinação 405. Estes elementos são ilustrados apenas simbolicamente e são possíveis para, por exemplo, três pás de rotor 403, cada uma das quais com um acionamento de inclinação 405 e são acionadas pelo vento e, como resultado, acionam o gerador 401 a ser provido. [0054] O gerador 401 é aqui provido como um gerador síncrono extemamente agitado e, nesta estrutura, é acionado por meio de um controlador de corrente 407 que controla a corrente de agitação Ie. Como resultado, o controle de potência é realizado, sendo aqui apenas indicado simplesmente e sendo possível que também seja realizado de forma diferente. Outros geradores também podem ser providos. O controlador de corrente 407 também representa aqui outros arranjos de controle de potência. O dito controlador de corrente recebe um valor de potência P como uma préespecificação e este valor de potência P é dado por uma característica de velocidade de rotação/potência que é armazenada no bloco de características 409. O bloco de características 409 emite um valor de potência P com base na característica de velocidade de rotação/potência dependendo da velocidade de rotação n do rotor ao qual pertencem as pás de rotor 403.

[0055] O valor de potência P não é apenas introduzido no controlador

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15/16 de corrente a fim de controlar a potência do gerador 401 por meio do controlador de potência 407, mas sim o valor de potência P também é usado como uma variável de entrada para uma unidade de pré-especificação de ângulo de pá 411. A unidade de pré-especificação da pá 411 determina um ângulo de pá oc a ser estabelecido dependendo da potência P. Neste caso, a potência de saída da instalação de energia eólica, ou seja, a potência realmente emitida pela instalação de energia eólica, é preferencialmente usada como a variável de entrada. No entanto, por motivos de simplicidade e para fins de ilustração, a potência de saída pode ser igualada à potência P que o bloco característico 409 emite. A potência de saída é estabelecida com alta dinâmica, de modo que esta simplificação para ilustração seja permissível e de modo que não haja problemas de vibração ou riscos entre a configuração de potência, por um lado, e o ajuste do ângulo de pá, por outro lado.

[0056] A unidade de pré-especificação do ângulo de pá 411 tem uma pluralidade de blocos característicos, dos quais três blocos característicos Kl, K2 e K3 são aqui mostrados a título de exemplo. Cada um desses blocos característicos tem uma característica de ângulo de pá dependente de potência, cujas características de ângulo de pá juntas formam um conjunto de características e, respectivamente, proveem um conjunto de características para seleção. Agora propõe-se selecionar um dos blocos característicos e, portanto, uma das características dependendo da densidade de ar p. Para este fim, a densidade de ar r pode ser detectada, por exemplo, por uma unidade de medição 413.

[0057] O ângulo de pá oc pode, portanto, ser estabelecido dependendo da potência de saída P e da densidade de ar p. Para este fim, a potência de saída P forma a variável de entrada para a unidade de pré-especificação de pá 411 e a densidade de ar p é introduzida por meio de uma característica associada sendo selecionada dependendo da densidade de ar p. O ângulo de pá determinado deste modo é então passado ao acionamento de inclinação

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405 a fim de estabelecer correspondentemente a respectiva pá de rotor 403. [0058] Portanto, de acordo com a invenção, foi proposta uma solução a fim de melhorar a técnica anterior na qual as pás de rotor são projetadas de tal modo que o ar possa fluir em tomo delas em uma densidade de ar normal de p = 1,225 kg/m³ em todos os pontos operacionais da usina sem separação. Verificou-se que as usinas estão agora também sendo cada vez mais planejadas em localizações nas quais a densidade de ar está, às vezes consideravelmente, abaixo da densidade de ar padrão. Isto leva a separações de fluxo possivelmente ocorrendo devido ao aumento no ângulo de ataque efetivo na pá de rotor, o que, por sua vez, possivelmente leva a substanciais perdas de potência. Neste caso, verificou-se que quanto menor a densidade de ar se toma, mais os ângulos de ataque efetivos na pá de rotor aumentam e mais provável é que ocorram separações de fluxo redutoras de potência. As separações de fluxo podem ser evitadas pela inclinação das pás de rotor. Propõe-se aqui que a inclinação das pás de rotor seja associada à densidade de ar. Consequentemente, propõe-se que o ângulo de inclinação a ser estabelecido seja agora uma função da potência de saída elétrica, especificamente a potência de saída e a densidade de ar. Propõe-se, portanto, que não apenas uma função da potência de saída elétrica forme a base para a configuração do ângulo de pá. Portanto, propõe-se medir a pressão de ar e a temperatura na instalação de energia eólica e calcular a densidade de ar a partir da mesma, de modo que o respectivo ângulo de inclinação possa ser determinado com a ajuda de uma função armazenada.

[0059] Por fim, o aumento nos rendimentos anuais de uma instalação de energia eólica de velocidade variável, controlada por inclinação, também pode, portanto, ser alcançado pelo uso proposto de características de inclinação que são associadas à densidade de ar da localização.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para operar uma instalação de energia eólica para gerar energia elétrica a partir do vento, caracterizado pelo fato de que

- a instalação de energia eólica tem um rotor aerodinâmico com pás de rotor cujo ângulo de pá é ajustável, e o rotor pode ser operado a uma velocidade de rotação de rotor variável, e

- a instalação de energia eólica tem um gerador, que é acoplado ao rotor aerodinâmico, a fim de gerar uma potência de saída, compreendendo as etapas de

- estabelecer a potência de saída dependendo do vento em um modo de carga parcial no qual o vento é tão fraco que a instalação de energia eólica ainda não pode ser operada em sua potência máxima de saída,

- detectar uma densidade de ar atual do vento e

- estabelecer cada ângulo de pá dependendo da potência de saída ou da velocidade de rotação de rotor e também dependendo da densidade de ar detectada.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, para fins de detecção da densidade de ar, uma pressão de ar e uma temperatura de ar fora da instalação de energia eólica são medidas e a densidade de ar é determinada, em particular calculada, a partir da mesma.
3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o ângulo de pá é estabelecido dependendo de uma característica de inclinação que especifica, para o modo de carga parcial, o ângulo de pá a ser estabelecido como uma função da potência de saída ou da velocidade de rotação de rotor, em que a característica de inclinação depende da densidade de ar.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de características de inclinação é armazenada e uma característica de inclinação é selecionada

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2/3 dentre as características de inclinação armazenadas, dependendo da densidade de ar detectada, e é usada para estabelecer o ângulo de pá.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o ângulo de pá é aumentado conforme a densidade de ar diminui, em particular a fim de neutralizar um ângulo de ataque efetivo, que aumenta devido à diminuição da densidade de ar.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a potência de saída é dinamicamente estabelecida com uma primeira constante de tempo e o ângulo de pá de rotor é dinamicamente estabelecido com uma segunda constante de tempo, em que a primeira constante de tempo é selecionada para ser menor que a segunda constante de tempo e, em particular, a primeira e a segunda constante de tempo são respectivamente a constante de tempo de um elemento de retardo da primeira ordem ou de um elemento de retardo da segunda ordem.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, no modo de carga parcial, a potência de saída é estabelecida por meio de uma característica operacional que especifica a potência de saída a ser estabelecida, dependendo da velocidade de rotação de rotor, em que a potência de saída depende adicionalmente da densidade de ar detectada, em particular de tal forma que, para fins de levar em conta diferentes densidades do ar, uma pluralidade de característica operacional são armazenadas e uma dessas característica operacional é selecionada, dependendo da densidade de ar.
8. Instalação de energia eólica para gerar energia elétrica a partir do vento, caracterizada pelo fato de que compreende:

- um rotor aerodinâmico com pás de rotor cujo ângulo de pá pode ser ajustado, em que o rotor pode ser operado a uma velocidade de rotação de rotor variável, e

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- um gerador, que é acoplado ao rotor aerodinâmico, para fins de geração de uma potência de saída, em que a instalação de energia eólica é equipada

- para gerar uma potência de saída dependendo do vento em um modo de carga parcial, no qual o vento é tão fraco que a instalação de energia eólica ainda não pode ser operada em sua potência máxima de saída,

- para detectar uma densidade de ar atual do vento e

- para estabelecer cada ângulo de pá dependendo da potência de saída ou da velocidade de rotação de rotor e também dependendo da densidade de ar detectada.
9. Instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que

- um meio de controle de potência é provido, equipado para estabelecer a potência de saída dependendo da velocidade de rotação de rotor,

- um meio de controle de inclinação é provido, equipado para estabelecer um ângulo de pá dependendo da velocidade de rotação de rotor e da densidade de ar, e

- um meio de armazenamento é provido, equipado para armazenar configurações de ângulo de pá dependendo da velocidade de rotação de rotor e da densidade de ar, em particular para armazenar as características de inclinação dependentes da densidade de ar.
10. Instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizada pelo fato de que é equipada para executar um método como definido em uma das reivindicações 1 a 7, em particular naquela em que tem um aparelho de controle para este fim.