BR112019012016A2

BR112019012016A2 - método para operar uma instalação de energia eólica, dispositivo para o controle de enlace aberto e/ou enlace fechado, instalação de energia eólica, e, parque eólico.

Info

Publication number: BR112019012016A2
Application number: BR112019012016-5A
Authority: BR
Inventors: Napierala Christan (Falecido); Scheit Christoph; Bekiropoulos Dimitrios; Messing Ralf
Original assignee: Wobben Properties Gmbh
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-10-29
Also published as: WO2018109100A1; US20200102934A1; KR20190095402A; CA3044752A1; EP3555461B1; CN110139980A; DE102016124703A1; CN110139980B; EP3555461A1; JP2020501489A; JP6909292B2

Abstract

a invenção se refere a um método para operar uma instalação de energia eólica tendo um rotor e um gerador acionado pelo rotor para gerar energia elétrica, em que, de acordo com a invenção, uma velocidade rotacional adaptada do rotor da instalação de energia eólica é predefinida usando o gerenciamento operacional adaptado e também usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica para gerar energia elétrica a ser fornecida, sendo que, a fim de gerar uma energia elétrica otimizada a ser fornecida, a velocidade rotacional adaptada é uma velocidade rotacional elevada no caso de uma densidade de ar reduzida ou uma velocidade rotacional reduzida no caso de uma densidade de ar elevada, em que, adicionalmente ou alternativamente, uma emissão sonora da instalação de energia eólica é determinada para a velocidade rotacional especificada adaptada do rotor usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica, e a velocidade rotacional adaptada é corrigida, em particular com base na emissão sonora determinada, usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica.

Description

MÉTODO PARA OPERAR UMA INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA, DISPOSITIVO PARA O CONTROLE DE ENLACE ABERTO E/OU ENLACE FECHADO, INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA, E, PARQUE EÓLICO [001] A invenção se refere a um método de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1 para operar uma instalação de energia eólica tendo um rotor e um gerador acionado pelo rotor para gerar uma energia elétrica. No método, uma variável ambiental relevante à instalação de energia eólica e compreendendo pelo menos uma densidade de ar relevante à instalação de energia eólica e também uma velocidade rotacional do rotor de gerador (rotor) é determinada e uma energia elétrica a ser fornecida pelo gerador é especificada. No método, a instalação de energia eólica para gerar a energia a ser fornecida é ajustada de acordo com o gerenciamento operacional. O gerador é preferencialmente ajustado por meio de uma corrente de excitação do gerador. O gerenciamento operacional indica uma relação entre a velocidade rotacional do rotor e a energia elétrica a ser fornecida.

[002] Nesse caso, o gerenciamento operacional é adaptado com base na densidade de ar relevante à instalação de energia eólica. Um tal método já é conhecido pela depositante da EP 1 368 566 Bl.

[003] Além disso, é prática fundamentalmente conhecida levar em consideração a densidade de ar relevante a uma instalação de energia eólica, quando opera uma instalação de energia eólica a fim de também levar em consideração uma densidade de fluxo em massa na pá de rotor.

[004] No caso de uma instalação de energia eólica tendo um rotor que pode ser acionado pelo vento e tem pás de rotor ajustáveis, a DE 19 844 258 Al provê um gerador conectado ao rotor, a ser usado para gerar energia elétrica, em que o gerador pode fornecer energia a uma velocidade rotacional de rotor variável. O sistema de gerenciamento operacional provê que a velocidade rotacional de rotor seja projetada para ser controlada dentro de

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2/33 uma faixa de velocidade de vento especificada pelo ajuste dos ângulos de pá de rotor.

[005] De acordo com o artigo na Academia Nacional de Imprensa,

1991, “Avaliação de Necessidades de Pesquisa para Tecnologia de Materiais de Rotores de Instalações de Energia Eólica - capítulo 6 Controle Ativo em Instalações de Energia Eólica - Problema de Controle para Instalações de Energia Eólica” (National Academy Press, 1991, “Assessment de Research Needs for Wind Turbine Rotor Materials Technology - Chapter 6 Active Control in Wind Turbines - Control Problem for Wind Turbines” - páginas 91 a 108 (http://www.nap.cdu/read/1824/chapter/8#96) - em particular página 96 — provisão é feita para que a densidade de fluxo em massa e pressão sejam medidas na pá de rotor a fim de conter turbulência futura com apropriado controle de enlace aberto dentro do escopo da adaptação relativamente rápida das estruturas de pás.

[006] A JP 2008/309488 A provê um controlador de enlace aberto, que adapta a velocidade rotacional do gerador elétrico com base na densidade de energia do vento, a energia do vento e a energia de vento integrada do vento, a fim de permitir um fornecimento de energia equilibrado - nesse caso, a densidade de ar é também concomitantemente levada em conta ao se considerar a densidade de energia do vento. Essa é também similarmente levada em consideração na EP 2 264 313 Bl, em que um sensor de fluxo em massa, como na JP 2008/309488, é usado.

[007] No pedido prioritário ao presente pedido PCT, o Escritório de

Marcas e Patentes Alemão pesquisou a seguinte técnica anterior: WO 2012/149984 Al e WO 2014/078773 Al.

[008] Cálculos de energia para uma instalação de energia eólica são atualmente realizados assumindo a atmosfera padrão. A densidade padrão p_norm usada nesse caso para a densidade de ar p_Luft é p__nOrm = 1,225 kg/m³, isto é, de acordo com as regras da Organização Internacional da Aviação Civil

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3/33 (International Civil Aviation Organization) (ICAO) para uma atmosfera padrão internacional (ISA). Uma instalação de energia eólica é, por conseguinte, projetada de acordo com um predeterminado envoltório de temperatura de acordo com o IEC (Código de Engenharia Internacional) (International Engineering Code). EP 1 918 581 A2 provê, por exemplo, uma densidade de ar a ser determinada em condições de clima frio por medição da temperatura e da pressão do ambiente - isso pode ser usado para reduzir a carga atuando sobre uma instalação de energia eólica.

[009] Todavia, em locais de alta altitude e/ou com temperaturas que são elevadas, em média, essas assunções não são mais corretas, pelo menos quantitativamente. Em locais de alta altitude, desvios muito sérios na densidade na direção de menores valores de até aproximadamente 20% das condições de projeto baseadas na densidade padrão p__nOrm usada podem aparecer - o procedimento normal deve, por conseguinte, também ser fundamentalmente questionado em tais casos de vários desvios.

[0010] O seguinte se aplica à energia eólica:

p p

P = = 23^^

Nesse caso, A representa a área, através da qual existe um fluxo, 7 representa a eficiência de gerador e c_p representa o coeficiente de energia. O coeficiente de energia é assumido para ser constante abaixo. Se a energia P e as outras variáveis da equação forem mantidas constantes, se deduz o seguinte para a velocidade de ponta de pá

A velocidade de ponta de pá x* é então inversamente proporcional à raiz cúbica da densidade >= e a energia é diretamente proporcional à densidade ®, se outras variáveis forem constantes.

[0011] Isso já foi especificamente identificado pela depositante no EP

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368 566 citado no início. Diferentemente da técnica anterior, dito documento explicitamente provê uma curva característica de energia a ser armazenada no aparelho de controle de enlace aberto de uma instalação de energia eólica, curva característica de energia esta que permite ao controlador de enlace aberto da instalação de energia eólica determinar a energia de gerador associada a partir de a determinada velocidade rotacional de rotor, que depende da velocidade de vento. Foi identificado que, se a quantidade de energia no vento for demasiadamente baixa, o rotor do gerador não pode aplicar um torque de gerador criado e a velocidade rotacional de rotor pode, por conseguinte, cair por conta de um torque de gerador excessivamente alto. Como uma solução, a EP 1 368 566 BI propõe que a consideração da altitude do local de montagem da instalação de energia eólica acima do nível do mar leve em conta a densidade de ar mais baixa na curva característica de energia. Como um resultado, a energia associada a uma velocidade rotacional de rotor e, por conseguinte, uma determinada razão de velocidade de ponta e a ser gerada pela instalação de energia eólica, podem ser consequentemente adaptadas, isto é, reduzidas, com o resultado que o torque de gerador, como um resultado da corrente de excitação ajustada pelo aparelho de controle de enlace aberto, não excede o torque provido pelo rotor. Isso resulta na eficiência estipulada pela curva característica de energia ser mantida e a energia máxima ser capaz de ser extraída do vento.

[0012] Embora isso possa ser fundamentalmente vantajoso, não obstante, foi provado ser igualmente relevante otimizar a produção de energia anual (AEP) de uma instalação de energia eólica. Isso se aplica, em particular, ao caso acima mencionado de uma densidade de ar mais baixa, por conta da qual a energia eólica disponível é mais baixa - é desejável compensar uma tal energia eólica mais baixa disponível, em particular sem efeitos desvantajosos para a instalação de energia eólica e o ambiente.

[0013] A invenção começa nesse ponto, o objetivo da mesma é o de

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5/33 especificar um método e um dispositivo para operar uma instalação de energia eólica tendo um rotor e um gerador acionado pelo rotor para gerar uma energia elétrica, bem como uma correspondente instalação de energia eólica. A invenção é baseada no objetivo de eliminar ou reduzir pelo menos um dos problemas mencionados acima. Em particular, a intenção é a de compensar a energia eólica disponível consequentemente mais baixa, em particular de uma maneira confiável e/ou melhorada, levando em consideração uma densidade de ar relevante à instalação de energia eólica.

[0014] Em particular, no caso de um tal método ou um correspondente dispositivo para o controle de enlace aberto e/ou enlace fechado ou uma correspondente instalação de energia eólica, o objetivo da invenção é o de adaptar o gerenciamento operacional com base na densidade de ar mais baixa - em comparação com as condições normais - relevante à instalação de energia eólica, de uma tal maneira que uma energia elétrica a ser fornecida pelo gerador possa ser otimizada, em particular melhorada.

[0015] Isso deve preferencialmente ser entendido no sentido de uma AEP elevada (produção de energia anual) de uma instalação de energia eólica, em cujo caso os efeitos sobre o ambiente e/ou cargas excessivas sobre a instalação de energia eólica devem preferencialmente ser, não obstante, mantidos baixos. Em particular, o objetivo da invenção é o de especificar um correspondente dispositivo para o controle de enlace aberto e/ou enlace fechado de uma instalação de energia eólica e especificar uma correspondente instalação de energia eólica que leva esse problema em consideração.

[0016] O objetivo relacionado ao método é alcançado pela invenção com um método de acordo com a reivindicação 1.

[0017] Com base em um método do tipo mencionado no inicio de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1, a invenção também provê:

uma velocidade rotacional adaptada do rotor da instalação de energia eólica para gerar uma energia elétrica a ser fornecida, a ser

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6/33 especificada usando o gerenciamento operacional adaptado e, por conseguinte, usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica, em que, para gerar energia elétrica otimizada a ser fornecida, a velocidade rotacional adaptada é uma velocidade rotacional elevada para uma densidade de ar reduzida.

[0018] Como uma alternativa ou em adição a essa primeira variante, de acordo com uma segunda variante de acordo com a invenção, uma emissão sonora da instalação de energia eólica é também preferencialmente determinada para a velocidade rotacional especificada ou velocidade rotacional adaptada do rotor usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica, e a velocidade rotacional especificada (no caso da alternativa) ou a velocidade rotacional adaptada (no caso da medida adicional) é também preferencialmente corrigida.

[0019] A velocidade rotacional especificada (no caso da alternativa) ou a velocidade rotacional elevada (no caso da medida adicional) é preferencialmente limitada. A correção é preferencialmente realizada com base na emissão sonora determinada usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica.

[0020] Com relação à primeira variante, a invenção é baseada na consideração que o gerenciamento operacional pode ser adaptado com base na densidade de ar relevante à instalação de energia eólica. De acordo com o conceito da invenção, isso deve resultar na velocidade rotacional adaptada do rotor ser selecionada para a finalidade de gerar uma energia elétrica preferencialmente otimizada a ser fornecida pelo gerador. No caso de uma comparativamente reduzida densidade de ar relevante à instalação de energia eólica, isso significa que a velocidade rotacional adaptada é elevada em comparação com uma velocidade rotacional (nominal) relacionada a uma densidade padrão de uma atmosfera padrão.

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7/33 [0021] Com relação à segunda variante, a invenção também identificou que, para uma velocidade rotacional do rotor ou com a medida de uma velocidade rotacional adaptada do rotor da instalação de energia eólica, uma emissão sonora da instalação de energia eólica é também influenciada para a velocidade rotacional especificada ou velocidade rotacional adaptada do rotor. A invenção provê, altemativamente ou adicionalmente, uma emissão sonora da instalação de energia eólica a ser determinada para a velocidade rotacional especificada ou adaptada do rotor usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica e para a velocidade rotacional especificada ou adaptada a ser corrigida com base na emissão sonora determinada usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica. [0022] Em outras palavras, com relação à segunda variante, por exemplo, o gerenciamento operacional de acordo com a invenção permite que a pressão sonora causada pelo rotor da instalação de energia eólica e, por conseguinte, a emissão sonora do rotor ou a emissão sonora substancialmente relevante da instalação de energia eólica, sejam mais baixas que as condições padrão de uma atmosfera padrão para a mesma energia, velocidade rotacional adaptada e densidade de ar mais baixa da instalação - isto é, no caso de energia elétrica a ser fornecida, que é otimizada a esse respeito.

[0023] O conceito de acordo com a invenção é explicado mais especificamente abaixo usando um exemplo: para a mesma energia de instalação - isto é, como identificada pela invenção de acordo com a primeira variante - existe uma velocidade de afluxo possivelmente elevada para uma densidade de ar reduzida, com o resultado que - como identificado pela invenção - as velocidades rotacionais na curva característica de operação e/ou a velocidade rotacional desejada podem ser adaptadas a fim de manter a razão de velocidade de ponta constante usando a velocidade rotacional. Como explicado em detalhe na descrição detalhada, isso pode possibilitar adaptar a velocidade rotacional, por exemplo, como segue:

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8/33 π

(I)

Nesse caso, p_nOrm é a densidade padrão ou a densidade “padronizada” de acordo com a ISA, para a qual a curva característica de operação foi originalmente projetada, por exemplo, normalmente de acordo com a IEC, e nkorr é a velocidade rotacional adaptada em comparação com a velocidade rotacional n originalmente definida na curva característica de operação. A fim de gerar uma energia elétrica otimizada a ser fornecida, a velocidade rotacional adaptada de acordo com o conceito da primeira variante de acordo com a invenção é uma velocidade rotacional elevada para uma densidade de ar reduzida.

[0024] Adicionalmente ou alternativamente, é também possível, de acordo com a segunda variante, corrigir a velocidade rotacional de uma tal maneira que a pressão sonora causada pela instalação de energia eólica permaneça constante pela maior extensão possível. Segue-se disso que a velocidade rotacional pode se alterar de acordo com a densidade para a mesma pressão sonora; por exemplo, com uma dependência como segue:

= i J ' ^p ' (Π)

Portanto, mesmo uma velocidade rotacional que é elevada ainda mais em comparação com a velocidade rotacional especificada ou velocidade rotacional adaptada - isto é, possivelmente também uma velocidade rotacional elevada para uma densidade de ar mais baixa de acordo com a primeira variante - podería ser usada como a velocidade rotacional corrigida em comparação com a velocidade rotacional adaptada acima de acordo com equação (I) sem aumentar a emissão sonora do rotor.

[0025] No global, a invenção, por conseguinte, identificou que a consideração da pressão sonora para uma emissão sonora da instalação de energia eólica para a finalidade de especificar uma velocidade rotacional

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9/33 adaptada do rotor usando uma densidade de ar relevante à instalação de energia eólica deve ser incluída como um importante parâmetro corretivo ou parâmetro corretivo ainda importante, que pode ser usado para adaptar a velocidade rotacional (por exemplo, de acordo com equação (II)) ou para corrigir adicionalmente (por exemplo, de acordo com equação (II)) a velocidade rotacional adaptada (por exemplo, de acordo com equação (I)). Essas medidas da segunda variante são vantajosamente igualmente realizadas usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica para a finalidade da determinação da emissão sonora relevante.

[0026] Se necessário, isso pode resultar em um outro aumento na velocidade rotacional no sentido de uma correção da maneira descrita acima. Todavia, pode possivelmente também resultar em uma limitação, em particular uma limitação superior da velocidade rotacional adaptada - a última alternativa possibilita garantir uma particular emissão sonora especificada.

[0027] A fim de otimizar, em particular, a energia elétrica a ser fornecida pela instalação de energia eólica - em termos breves e simples, preferencialmente “otimização de energia sob a condição limite de um limite de emissão sonora” - o conceito de acordo com a invenção prova ser melhor em comparação com a otimização de energia convencional, mas, em qualquer caso, como a otimização de energia que é inofensiva em geral para o ambiente, uma vez que a emissão sonora da instalação de energia eólica permanece dentro de limites mesmo para uma especificada velocidade rotacional adaptada do rotor.

[0028] Dentro do escopo do problema, a invenção também cita um dispositivo de acordo com a reivindicação 15 e uma instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 16 e um parque eólico de acordo com a reivindicação 17.

[0029] Como um resultado, dentro do escopo de uma primeira variante, o conceito da invenção vantajosamente possibilita pela primeira vez

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10/33 cumprir com a produção de energia anual em instalações de energia eólica em locais com uma densidade mais baixa por meio do uso de gerenciamento operacional alterado, preferencialmente por meio de uma curva característica de operação alterada. A fim de compensar a energia eólica disponível mais baixa, o conceito da invenção provê, em particular, que as instalações sejam operadas a uma velocidade rotacional nominal mais alta.

[0030] Uma vez que isso pode também resultar em uma velocidade de ponta de pá mais alta ou máxima - como identificado pela invenção na segunda variante - uma pressão sonora elevada pode ser esperada a partir do rotor. Por outro lado - como igualmente identificado pela invenção - a densidade e temperatura igualmente têm um efeito sobre a pressão sonora. A invenção identificou pela primeira vez o sério efeito dos parâmetros ambientais de densidade e velocidade de som na acústica da pá de rotor e, por conseguinte, a emissão sonora relevante da instalação de energia eólica.

[0031] Toma-se relevante que uma densidade reduzida por aproximadamente 20%, por exemplo, resulta em uma pressão sonora do rotor que é mais baixa por aproximadamente 2 dB. Uma comparação teórica do nível esperado por conta da velocidade rotacional mais alta com a redução por conta da densidade mais baixa, para a mesma energia, uma densidade mais baixa e uma velocidade rotacional elevada, a instalação de energia eólica podería tender ou a se tomar mais tranquila, isto é, ter uma emissão sonora mais baixa, ou então a velocidade rotacional podería ser elevada ainda mais. Isso aumentaria a eficiência do gerador.

[0032] Desenvolvimentos vantajosos da invenção podem ser obtidos das outras reivindicações e especificamente expõem possibilidades vantajosas para implementar o conceito explicado acima dentro do escopo do problema e com relação a outras vantagens.

[0033] A adaptação pode ser realizada, por exemplo, para uma velocidade rotacional desejada com base em pelo menos uma variável que é

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11/33 determinada diretamente por meio de metrologia e descreve a emissão sonora. A pelo menos uma variável que descreve a emissão sonora pode ser, por exemplo, a pressão sonora e/ou o nível de pressão sonora e/ou o nível de energia sonora e/ou a frequência sonora e/ou a pressão sonora, adaptados a uma sensação de ouvir, em particular pressão sonora determinada por frequência, em particular do rotor ou da instalação de energia eólica.

[0034] Se a densidade de ar, como uma variável ambiental relevante, para uma densidade de ar que é reduzida em comparação com uma densidade padrão de uma atmosfera padrão, um desenvolvimento vantajosamente provê que o gerenciamento operacional seja adaptado com base na densidade de ar reduzida para a instalação de energia eólica. Como explicado acima, esse é o caso, em particular, nas instalações de energia eólica em locais com uma densidade mais baixa, como ocorre em instalações de energia eólica a altas altitudes, por exemplo.

[0035] Dentro do escopo de uma primeira variante preferida como um desenvolvimento, provisão é feita (por exemplo, levando em consideração (I) e então levando em consideração (II)) para a velocidade rotacional corrigida ser elevada ainda mais em comparação com a velocidade rotacional adaptada com base na emissão sonora determinada usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica, ou a velocidade rotacional corrigida não ser elevada ainda mais em comparação com a velocidade rotacional adaptada, e a instalação de energia eólica para ser operada com uma emissão sonora que é ainda mais baixa ou permanece a mesma. Como explicado acima, esse desenvolvimento é realizado com base no conhecimento de que mesmo as emissões sonoras do rotor, e, por conseguinte, substancialmente da instalação de energia eólica, que podem ser fundamentalmente esperadas para uma velocidade rotacional elevada, são, pelo contrário, de tal maneira que permitam um outro aumento

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12/33 na velocidade rotacional.

[0036] Dentro do escopo de uma segunda variante preferida como um desenvolvimento, a prática de altemativamente realizar uma velocidade rotacional corrigida e adaptada, que é realizada com base de emissões sonoras determinadas usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica é também dentro do escopo do conceito da invenção (por exemplo, somente levando em consideração (II)). Essa estipulação é geralmente possível na medida em que o gerenciamento operacional da instalação de energia eólica é orientado somente para a emissão sonora.

[0037] Dentro do escopo dessa segunda variante como um desenvolvimento, a invenção provê o método de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1 para alternativamente ter as seguintes etapas:

uma emissão sonora da instalação de energia eólica é determinada para a velocidade rotacional especificada adaptada do rotor usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica, e a velocidade rotacional é corrigida com base na emissão sonora determinada usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica.

[0038] Todavia, isso é vantajosamente também realizado sob a assunção verificada, se possível, que a energia a ser fornecida seja assegurada de acordo com o gerenciamento operacional que indica uma relação entre a velocidade rotacional do rotor e a energia elétrica a ser fornecida.

[0039]	Além disso,	para	ambas as	variantes, provisão	pode
vantajosamente ser feita para
	o gerenciamento	operacional	compreender uma	curva
característica	de operação	de	velocidade	rotacional/energia	(curva

característica de operação n/P), em que uma curva característica de operação adaptada é especificada com base na densidade de ar relevante à instalação de energia eólica, e a

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13/33 instalação de energia eólica para gerar a energia a ser fornecida é ajustada por meio de uma curva característica de operação adaptada n/P no gerenciamento operacional, em que a velocidade rotacional atual adaptada especificada é especificada no gerenciamento operacional e é então ajustada por meio de controle de enlace aberto e/ou controle de enlace fechado.

[0040] A densidade de ar pode ser uma densidade de ar atual no local da instalação de energia eólica, que é continuamente medida e então dinamicamente adaptada. Adicionalmente ou altemativamente, a densidade de ar pode ser uma densidade de ar geralmente prevalecente no local da instalação de energia eólica, que é medida uma vez ou repetidamente e é então estaticamente adaptada.

[0041] A densidade de ar pode ser determinada de valores ambientais medidos. Os valores ambientais podem também preferencialmente compreender uma temperatura de ar relevante à instalação de energia eólica. A densidade de ar pode também ser determinada de outros valores ambientais medidos, em que os outros valores ambientais também opcionalmente compreendem a pressão do ar e a umidade relativa ou absoluta.

[0042] Dentro do escopo de um desenvolvimento particularmente preferido, toma-se aparente o fato de que a temperatura do ar pode ser usada como uma variável ambiental relevante no sentido do conceito da invenção para um desenvolvimento particularmente preferido. Em locais de alta altitude, por exemplo, Tchamma, Chile, a densidade é reduzida para a mesma velocidade de som. Em outros locais, pode existir uma densidade reduzida por conta das elevadas temperaturas ambientais. No último caso, a velocidade do som também se altera como uma função da temperatura £_q = vAffT onde o componente isotrópico κ e a constante de gás específica do ar, R, podem ser considerados constantes. A densidade igualmente se altera com a

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14/33 temperatura.

[0043] Por conseguinte, é particularmente preferido que uma emissão sonora normal da instalação de energia eólica, em uma atmosfera padrão, seja determinada para a velocidade rotacional do rotor, e a emissão sonora normal seja comparada com a emissão sonora da instalação de energia eólica para a velocidade rotacional adaptada do rotor usando a densidade de ar e/ou temperatura de ar relevante à instalação de energia eólica, e a velocidade rotacional adaptada do rotor da instalação de energia eólica seja corrigida e é opcionalmente limitada.

[0044] Em particular, ou em adição ou como uma alternativa a uma prévia correção dependente de densidade da velocidade rotacional, a instalação de energia eólica pode ser operada por meio da velocidade rotacional corrigida para a emissão sonora corrigida de uma tal maneira que a instalação de energia eólica seja operada em um limite de emissão sonora corrigida. A esse respeito, referência é feita, em particular, à modalidade de exemplo, de acordo com a figura 3, que é citada a título de exemplo, a esse respeito.

[0045] Dentro do escopo de uma modalidade particularmente preferida, um procedimento preferido é especificamente provido de uma tal maneira que a velocidade rotacional do rotor seja inicialmente ajustada levando em consideração uma predeterminada densidade padrão de uma atmosfera padrão, e a velocidade rotacional adaptada seja então especificada levando em consideração a densidade de ar e/ou temperatura de ar relevante à instalação de energia eólica, em que a velocidade rotacional adaptada seja então corrigida e a instalação seja operada por meio da velocidade rotacional corrigida no limite de emissão sonora corrigida.

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15/33 [0046] Dentro do escopo da outra modalidade particularmente preferida, que já foi anteriormente mencionada, o conceito da invenção provou ser vantajoso se a densidade de ar para uma densidade de ar que é reduzida em comparação com uma densidade padrão e a velocidade rotacional corrigida for uma velocidade rotacional que é elevada em comparação com a velocidade rotacional para a atmosfera padrão. Essa velocidade rotacional elevada pode ser aumentada ou limitada ainda mais em comparação com a velocidade rotacional adaptada. O conceito da invenção provou ser também vantajoso se a densidade de ar para uma densidade de ar que é elevada em comparação com uma densidade padrão e a velocidade rotacional corrigida for uma velocidade rotacional que é reduzida em comparação com a velocidade rotacional para a atmosfera padrão. Essa velocidade rotacional reduzida pode ser reduzida ou então limitada ainda mais em comparação com a velocidade rotacional adaptada.

[0047] Essa adaptação da velocidade rotacional a ser realizada antes de tudo e a subsequente correção ou limitação da velocidade rotacional - no sentido de um aumento ou então redução - opcionalmente também possibilita levar em consideração a dependência da temperatura do ar.

[0048] Dentro do escopo desse desenvolvimento, uma velocidade rotacional do rotor da instalação de energia eólica pode assim ser elevada com o controle de enlace aberto e/ou enlace fechado com base na temperatura do ar e/ou na densidade de ar usando a densidade de ar reduzida relevante à instalação de energia eólica. Por exemplo, uma energia pode ser vantajosamente elevada ou uma energia garantida a ser fornecida pode ser assegurada, por exemplo, de acordo com uma produção de energia anual (AEP).

[0049] A fim de implementar esse procedimento, uma correção para adaptar a velocidade rotacional desejada pode, por conseguinte, ser provida de uma tal maneira que é inicialmente determinado se a densidade de ar está

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16/33 abaixo de uma magnitude relevante à emissão sonora, isto é, é antes de tudo determinado, em particular, se a densidade de ar está abaixo da densidade padrão (de acordo com uma ISA consoante as provisões da ICAO) e, se estiver, a velocidade rotacional desejada é adaptada com relação ao valor de emissão sonora máximo permissível.

[0050] A instalação de energia eólica pode ser vantajosamente ajustada, no global, para gerar a energia a ser fornecida pelo ajuste do gerador, pelo ajuste de uma corrente de excitação, preferencialmente do rotor de gerador, pelo ajuste de uma ou mais pás de rotor e/ou um ou mais elementos de fluxo em uma pá de rotor, pelo ajuste de uma posição de azimute da nacela da instalação de energia eólica.

[0051] Provou ser também vantajoso o fato de que a velocidade rotacional é influenciada e/ou ajustada pelo controle de um ângulo de ajuste de um componente no rotor, em particular um ângulo de passo de uma pá de rotor, e/ou um ângulo de ajuste e/ou um ou mais elementos de fluxo em uma pá de rotor por especificação da energia elétrica a ser fornecida, da densidade de ar e da emissão sonora, em particular um ou mais níveis de pressão sonora relevante SPL para a pressão sonora S, que descreve a emissão sonora.

[0052] Modalidades da invenção serão agora descritas abaixo usando o desenho. O desenho não é necessariamente destinado a representar as modalidades de uma maneira em escala verdadeira, mas, em vez disso, o desenho, onde expediente para a explicação, está em uma forma esquemática e/ou ligeiramente distorcida. Com relação às adições dos ensinamentos que podem ser diretamente discernidos do desenho, referência é feita à técnica anterior relevante. Nesse caso, deve ser levado em consideração o fato de que várias modificações e alterações relacionadas à forma e ao detalhe de uma modalidade podem ser feitas sem abandonar o conceito geral da invenção. As características da invenção, que são expostas na descrição, no desenho e nas reivindicações, podem ser essenciais ao desenvolvimento da invenção tanto

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17/33 individualmente quanto em qualquer combinação desejada. Além disso, todas as combinações de pelo menos duas das características expostas na descrição, no desenho e/ou nas reivindicações caem dentro do escopo da invenção. O conceito geral da invenção não é restrito à forma exata ou ao detalhe das modalidades preferidas descritas e mostradas abaixo ou restritas à matéria que seria restrita em comparação com a matéria reivindicada nas reivindicações. Onde faixas dimensionais são indicadas, valores que se encontram dentro dos limites mencionados são também destinados a ser expostos como valores de limite, e de serem capazes de ser usados e reivindicados de qualquer maneira. Por simplicidade, idênticos sinais de referência são usados abaixo para partes idênticas ou similares ou partas com função idêntica ou similar.

[0053] Outras vantagens, características e detalhes da invenção emergem da seguinte descrição das modalidades preferidas e também com base no desenho, no qual:

a figura 1 mostra uma instalação de energia eólica tendo uma torre e uma nacela de acordo com uma modalidade preferida;

a figura 2 mostra um parque eólico tendo, a título de exemplo, três instalações de energia eólica, de acordo com uma modalidade preferida;

a figura 3 mostra um gráfico de velocidade rotacional/densidade padronizado com contornos de nível de pressão sonora (SPL em dB) com relação a uma pressão sonora de referência para explicar uma modalidade preferida do método, no qual a velocidade rotacional adaptada é corrigida e a instalação é operada por meio da velocidade rotacional corrigida em um limite de emissão sonora corrigida;

a figura 4 mostra um gráfico de velocidade rotacional/densidade padronizado com contornos relacionados a uma pressão sonora relevante para uma emissão sonora de uma instalação de energia eólica - por exemplo, levando em consideração (II) e relacionados a uma energia ou, por exemplo, levando em consideração (I) como uma condição limite durante

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18/33 a operação de uma instalação de energia eólica a figura 5A mostra um diagrama de um circuito de controle de enlace fechado para corrigir a velocidade rotacional com a condição limite opcional da pressão sonora S e uma energia P quando da operação de uma instalação de energia eólica sob carga total;

a figura 5B mostra um diagrama de um circuito de controle de enlace fechado para corrigir a velocidade rotacional com a condição limite opcional da pressão sonora S e uma energia P quando da operação de uma instalação de energia eólica sob carga parcial.

[0054] A figura 1 mostra uma instalação de energia eólica 100 tendo uma torre 102 e uma nacela 104. Um rotor 106 tendo três pás de rotor 108 e um girador 110 é arranjado na nacela 104. O rotor 106 é feito com que gire pelo vento durante a operação e acione assim um gerador na nacela 104.

[0055] A figura 2 mostra um parque eólico 112 tendo, a título de exemplo, três instalações de energia eólica 100, que podem ser idênticas ou diferentes. As três instalações de energia eólica 100 são, por conseguinte, representativas de fundamentalmente qualquer número desejado de instalações de energia eólica em um parque eólico 112. As instalações de energia eólica 100 provêm sua energia, especificamente em particular a corrente gerada, por intermédio de uma rede de parque elétrica 114. Nesse caso, as correntes ou energias relativamente geradas pelas instalações de energia eólica individuais 100 são acrescentadas, e um transformador 116 é usualmente provido, transformador esse que aumenta a tensão no parque a fim de então alimentá-la à rede de distribuição 120 no ponto de alimentação 118, que é também geralmente referido como um PCC. a figura 2 é somente uma ilustração simplificada de um parque eólico 112 com um controlador de enlace aberto. A rede de parque 114 pode também ser configurada diferentemente, por exemplo, em virtude de um transformador estar também presente na saída de cada instalação de energia eólica 100, por exemplo, para

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19/33 citar apenas uma outra modalidade de exemplo.

[0056] Uma instalação de energia eólica na figura 1, ou qualquer instalação de energia eólica no parque eólico de acordo com a figura 2, ou o parque eólico de acordo com a figura 2, é equipado no presente caso com um dispositivo 200 para o controle de enlace aberto e/ou enlace fechado (dispositivo de controle de enlace aberto e enlace fechado 200) como parte do gerenciamento operacional com controladores de enlace fechado 220. Esses controladores de enlace fechado 220 controlam um dispositivo de atuação 300 tendo correspondentes atuadores 301, 302, 303 para as pás de rotor, o gerador e a nacela da instalação de energia eólica 100, por exemplo.

[0057] De acordo com a figura 1 e a figura 2, o dispositivo de controle de enlace aberto e enlace fechado 200 recebe informação de medição de um sistema de sensor 230 por meio de uma linha de sinal 231, informação esta que passa para um módulo de medição 210 do dispositivo de controle de enlace aberto e enlace fechado 200.

[0058] Esse módulo de medição 210 tem uma primeira unidade de determinação 211 para determinar uma densidade e uma segunda unidade de determinação 212 para determinar a velocidade rotacional n de um rotor da instalação de energia eólica.

[0059] Uma unidade de controle piloto 221 - por exemplo, uma unidade de computação ou similar tendo uma ou mais curvas características de operação armazenadas R(n’, n*) - é também provida como parte dos controladores de enlace fechado 220 e é capaz de identificar uma velocidade rotacional adaptada n’ de acordo com uma curva característica de operação de densidade adaptada R(n’) e/ou uma velocidade rotacional n* que é corrigida ainda mais; no presente caso, também uma curva característica de operação R(n*) correspondente a uma pressão sonora calculada S.

[0060] A velocidade rotacional n’, n* adaptada e/ou corrigida dessa maneira - isto é, uma velocidade rotacional n’ que é adaptada de acordo com a

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20/33 unidade de controle piloto 221 e é, adicionalmente ou alternativamente, (preferencialmente adicionalmente) corrigida de acordo com a pressão sonora S e/ou uma energia de densidade adaptada P para formar uma velocidade rotacional n* - pode ser passada para a instalação de energia eólica 100 e para o correspondente dispositivo de atuação 300 da última por meio de uma outra linha de sinal 232. Como um resultado, a velocidade rotacional n* pode ser adaptada ainda mais de uma tal maneira que a energia seja otimizada levando em consideração uma energia de densidade adaptada e a pressão sonora S.

[0061] Como mencionado no inicio, cálculos de energia para uma instalação de energia eólica são atualmente realizados assumindo a atmosfera padrão. A densidade padrão p__nOrm usada nesse caso para a densidade de ar P—Luft é p_norm = 1.225 kg/iu³. Em locais de alta altitude e/ou com temperaturas elevadas, na média, essa assunção não é mais quantitativamente correta, todavia, e desvios na densidade na direção de menores valores de até aproximadamente 20% das condições de projeto baseadas na densidade padrão p__nOrm usada podem perfeitamente também aparecer.

[0062] Em contraste com a técnica anterior, a presente invenção provê que uma correspondente energia específica da instalação de energia eólica seja garantida até mesmo para uma densidade mais baixa; isto é, para uma velocidade de vento que é, pelo contrário, a mesma, e uma velocidade rotacional que é também inicialmente a mesma - todavia, a densidade mais baixa pode ser compensada por meio de uma velocidade rotacional elevada. A instalação de energia eólica é então operada em uma velocidade rotacional maior que a velocidade rotacional desejada n__S0n. Um elevado valor de uma AEP (produção de energia anual) pode também ser finalmente esperado, como um resultado da velocidade rotacional mais alta. Uma instalação de energia eólica é, por conseguinte, projetada de acordo com um predeterminado envoltório de temperatura de acordo com o IEC (Código de Engenharia Internacional) (International Engineering Code).

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21/33 [0063] Ao mesmo tempo, deve ser também notado que um aumento na velocidade rotacional resulta em uma elevada emissão sonora da instalação de energia eólica. O gerenciamento operacional adaptado, como ilustrado na figura 5A e na figura 5B, consequentemente leva em consideração ambos os fatores dentro do escopo de uma modalidade preferida: energia P e pressão sonora S.

[0064] Com base em estimativas teóricas, é possível adaptar as velocidades rotacionais n da curva característica de operação R(n), a velocidade rotacional nominal e a velocidade rotacional desejada da instalação de energia eólica, assumindo energia constante e, opcionalmente, uma pressão sonora S, constante ou amplamente idêntica. Para uma energia constante P, uma correção de velocidade rotacional - isto é, como identificada pela invenção de acordo com a primeira variante - pode ser realizada de acordo com n’= n_korr usando $

(Ή \ ~

------------------------ I

J p ·

Nesse caso, a velocidade rotacional n__nOrm se refere à velocidade rotacional correspondente à curva característica de operação. [0065] Se for assumido que a pressão sonora resultante S não se altera, a velocidade rotacional pode também ser corrigida - de acordo com a segunda variante da invenção - de acordo com n*=n kon- usando __ / t³'

I f

X p /

Em comparação com uma primeira correção, a velocidade rotacional pode até mesmo ser ligeiramente elevada com relação a uma pressão sonora garantida S. Isso aumentaria a eficiência do gerador.

[0066] A figura 3 mostra, a esse respeito, um traçado de contorno K relacionado uma velocidade rotacional n__quer padronizada à velocidade rotacional nominal n__nenn com relação a uma densidade p_quer padronizada

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22/33 para a densidade padrão p_norm. A densidade padronizada p_quer pode ser vista no eixo x e a velocidade rotacional padronizada n__quer pode ser vista no eixo y, ambas padronizadas para as variáveis de referência n__nenn e p__norm· O contorno corresponde ao desvio a partir da pressão sonora garantida S (aqui, por exemplo, um valor decisivo para os níveis de pressão sonora SPL ou níveis de energia de som). Na região de densidades inferiores à densidade de referência (1.225 kg/m³), velocidades rotacionais de n > n__nenn podem ser usadas, como pode ser visto, mais especificamente ao longo do contorno 0dB; isto é, a velocidade rotacional adaptada é corrigida e a instalação é operada por meio da velocidade rotacional corrigida em um limite de emissão sonora corrigida (de acordo com as especificações com relação à pressão sonora S, por exemplo, por meio de um nível de pressão sonora alocado SPL). Em outras palavras, a instalação - possivelmente sozinha com relação à pressão sonora S ou em combinação com relação à energia P - seria sujeita, por conseguinte, ao controle de enlace fechado, isto é, com relação à emissão sonora esperada. Nesse caso, o nível de energia sonora ou nível de pressão sonora SPL é determinado aproximadamente, por exemplo, por simultaneamente capturar a densidade p e velocidade rotacional n. Tal controle de enlace fechado possibilita obter uma AEP elevada (produção de energia anual) em locais particulares com ar de uma densidade mais baixa (ar mais quente e/ou a alta altitude acima do nível do mar).

[0067] Isto é: no caso de uma densidade consideravelmente mais baixa por conta dos parâmetros específicos ao local (altitude do local, temperatura), a pressão sonora esperada S cai. Uma correção é possível e é provida de acordo com a invenção para a densidade por meio da uma ou mais curvas características de operação adaptadas armazenadas R(n’, n*).

[0068] Se a densidade mais baixa for uma consequência de temperatura elevada, a influência da temperatura T sobre a velocidade do som Co será também adicionalmente levada em consideração nessa modalidade

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23/33 particularmente preferida. Uma vez que uma elevada velocidade do som resulta em um número de Mach mais baixo, uma outra ligeira redução no nível de pressão sonora SPL pode ser esperada. A reduzida pressão sonora S a ser esperada pode ser usada para adaptar a velocidade rotacional nominal. Como um resultado, a pressão sonora aumentaria novamente. Todavia, sob assunções simplificadas, pode ser estimado que o aumento em uma pressão sonora S por conta da velocidade rotacional elevada é menor que a redução por conta de uma densidade mais baixa.

[0069] Especificamente:

em locais de alta altitude - por exemplo, em Tchamma, Chile a densidade é reduzida para a mesma velocidade de som. Em outros locais, pode existir uma reduzida densidade por conta das elevadas temperaturas ambientais. No último caso, a velocidade do som também se altera como uma função da temperatura (D onde o expoente isentrópico κ e a constante de gás específica do ar, R, são considerados ser constantes. A densidade igualmente se altera com a temperatura.

[0070] No caso do fluxo na analogia acústica de Lighthill de acordo com a publicação “M. J. Lighthill, “Sobre som gerado aerodinamicamente. I. Teoria geral”. (“M. J. Lighthill, “On sound generated aerodynamically. I. Geral theory ”). Proc. R. Soc. London, vol. 211, no. 1107, pp. 564-587, 1951”. sob a assunção simplificada de um fluxo incompressível, segue-se uma relação linear entre pressão sonora e densidade.

[0071] De acordo com a publicação “Ffowcs-Williams Hall in J. E. Ffowcs Williams e L. H. Hall, “Geração de som aerodinâmico por fluxo turbulento na vizinhança de um semi plano de dispersão” (“Aerodynamic sound generation by turbulent flow in the vicinity of a scattering half plane”. J Fluid Meeh, vol. 40, pp. 657-670, 1970”, o ruído de borda traseira está

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24/33 associado à densidade e a velocidade do som por meio de:

(2) [0072] De acordo com a publicação “Amiet et al. em “J sound Vib. vol. 41 no. 4 pp. 407-420 (1975)”, uma proporcionalidade similar pode ser esperada.

[0073] E consequentemente proposto que a pressão sonora (SPL nível de pressão sonora) seja calculada usando uma simples lei de escala no caso de uma alteração densidade, que é confirmada por meio de medições da influência da densidade p sobre o ruído turbulento (com componentes do lado de sucção e pressão e com contribuição por destacamento):

TJIÜÍTW¹ (3) [0074] Escala similar também se aplica a uma diferente velocidade do som ou número de Mach, que podería ser igualmente verificado usando a influência de uma velocidade de som alterada a· sobre diferentes mecanismos de ruído:

SPL(c_B) = SP£(c_rgf) + 20 *

Nesse caso, um n subscrito se refere às variáveis ambientais adaptadas e ref se refere às variáveis de acordo com a atmosfera padrão. [0075] Por um lado, o seguinte se aplica à energia eólica:

p = 7 = 7 (5)

Nesse caso, A representa a área através da qual existe um fluxo, η representa a eficiência de gerador e c_p representa o coeficiente de energia. O coeficiente de energia é assumido ser constante abaixo. Se a energia for mantida constante, os seguintes resultados para a velocidade de ponta de pá

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25/33 [0076] de ar.

’ ' (6)

A energia, por conseguinte, cai linearmente com a densidade

Por outro lado, assumindo uma velocidade constante do som [0077] % o seguinte se aplica ao número de Mach (7) usando a relação (6). A pressão sonora S (p’ na fórmula) é colocada em escala com a densidade e número de Mach como segue:

(8)

Se a relação (7) for agora inserida em (8), os seguintes resultados para a pressão sonora S (p’ na fórmula) para uma velocidade rotacional adaptada (9) [0078] Com a mesma energia de instalação, uma velocidade rotacional adaptada e uma densidade mais baixa, a pressão sonora S deve, por conseguinte, ser menor que sob as condições padrão.

[0079] Como ilustrado na figura 4, o seguinte, por conseguinte, se aplica, por um lado: para a mesma energia, existir uma elevada velocidade de influxo para uma densidade de ar reduzida p. As velocidades rotacionais na curva característica de operação e a velocidade rotacional desejada podem então ser s de acordo com a seguinte relação, a fim de manter a razão de velocidade de ponta constante, usando a velocidade rotacional:

- (10) (corresponde à formula I; em particular n_korr = n’)

Nesse caso, p_nOrm é a densidade padrão, para a qual a curva característica de operação foi originalmente projetada e n_k_orr é a velocidade rotacional corrigida n’ em comparação com a velocidade rotacional n

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26/33 originalmente definida na curva característica de operação.

[0080] Adicionalmente ou alternativamente, é também possível adaptar a velocidade rotacional de uma tal maneira que a pressão sonora S (p’ na fórmula) permaneça constante. De acordo com equação (8), a pressão sonora (p’ na fórmula) é dependente da densidade e velocidade de Mach ou velocidade de ponta de pá.

[0081] Segue-se disso que, para a mesma pressão sonora S, a velocidade rotacional pode se alterar de acordo com a densidade, como igualmente ilustrado na figura 4, usando p ...

^k ? (12) (corresponde a formula II, em particular n kon- = n*) [0082] De acordo com equação (12), mesmo uma velocidade rotacional ligeiramente mais alta n* em comparação com equação (10) podería, por conseguinte, ser usada.

[0083] A figura 5A contém um método para operar uma instalação de energia eólica tendo um rotor e um gerador acionado pelo rotor para gerar uma energia elétrica de acordo com a figura 1 ou a figura 2, a título de exemplo, dentro do escopo de controle de enlace fechado explicado para operação sob carga total. A operação em carga total se refere à operação da instalação de energia eólica substancialmente acima da velocidade de vento nominal. A energia nominal pode usualmente ser alcançada quando a velocidade de vento tiver alcançado a velocidade de vento nominal. Para o método, o controle piloto modificado I é implementado em uma primeira etapa por meio de um módulo de medição 210. Dentro do escopo desse controle piloto I, uma variável ambiental M relevante à instalação de energia eólica e compreendendo pelo menos uma densidade de ar com relação à instalação de energia eólica é determinada. No presente caso, no controle piloto modificado como parte do módulo de medição 210 na modalidade na

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27/33 figura 5A, a densidade p_Luft é antes de tudo determinada por simultaneamente medir a pressão do ar p_Luft, a temperatura T_L_Uft e possivelmente a umidade relativa <p_L_Uft. O valor capturado é usado diretamente para o controle piloto e/ou controle de enlace fechado da instalação velocidade rotacional n, especificamente usando a unidade de controle piloto 221 ilustrada na figura 5 A - por exemplo, usando uma unidade de computação ou similar com curvas características de operação armazenadas R(n’, η*). A fim de suprimir flutuação a alta frequência dos valores medidos, os valores medidos são filtrados usando uma média móvel ou similar (não ilustrada). A instalação controle de enlace aberto é também correspondentemente adaptada. Uma velocidade rotacional n do rotor, como n_IST, e uma energia elétrica P_SOLL a ser fornecida e a pressão sonora S e possivelmente um limite de energia Lp__max do gerador são especificados como valores de instalação A.

[0084] A instalação de energia eólica, em particular o gerador, mais especificamente aqui uma corrente de excitação do gerador, é especificada para a finalidade de geração da energia a ser fornecida de acordo com o gerenciamento operacional, que indica uma relação entre a velocidade rotacional do rotor e a energia elétrica a ser fornecida - nesse caso, essa compreende a curva característica de operação R(n’, n*) ou o contorno K descrito na figura 3 como parte de controle piloto I, que é atribuído ao módulo de medição 210. Nesse caso, o gerenciamento operacional é adaptado com base na densidade de ar p_Luft relevante à instalação de energia eólica.

[0085] A finalidade de um subsequente circuito de controle de enlace fechado II na faixa de carga total para realização do método de acordo com a modalidade na figura 5A ou de a subsequente circuito de controle de enlace fechado III na faixa de carga parcial para realização do método de acordo com a modalidade na figura 5B é então a adaptação automática do gerenciamento operacional levando em consideração a velocidade rotacional corrigida n

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->n kon- = n’ ou n kon- = n* com base na densidade de ar disponível p_L_Uft. As condições de influxo aerodinâmicas ótimas no rotor podem preferencialmente também ser alcançadas, dentre outros, por inclusão da densidade de ar atual P—Luft e assegurando a produção pré-dita, enquanto se observa a emissão sonora máxima. Como um resultado, tanto uma energia sumariamente garantida P (partindo da energia elétrica a ser fornecida - P_SOLL durante a operação em carga parcial ou energia nominal durante a operação em carga total) quanto uma pressão sonora superior S (por exemplo, partindo da pressão sonora especificada S ou possivelmente de um limite de energia Lp_max do gerador) podem ser cumpridas, em particular.

[0086] No global, para uma baixa densidade de ar atual p_Luft, uma elevada produção de energia anual AEP pode finalmente também ser esperada usando uma elevada velocidade rotacional de instalação n n kon- com n’ ou n kon- = n* em comparação com um método de operação que não leva em conta uma alteração decisiva na densidade para densidades mais baixas no caso de altas altitudes de instalação de uma instalação de energia eólica 100 acima do nível do mar.

[0087] Nesse caso, uma velocidade rotacional adaptada n’, n* do rotor da instalação de energia eólica para gerar uma energia elétrica a ser fornecida é especificada usando o gerenciamento operacional adaptado compreendendo a curva característica de operação adaptada R(n’, n*) ou o contorno K descrito na figura 3 a partir do controle piloto I, isto é, usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica. Em particular, essa é usada para gerar uma energia elétrica otimizada P a ser fornecida por meio do controlador de enlace fechado 220, em que a velocidade rotacional adaptada n’, n* é regularmente uma velocidade rotacional n’, n* que é elevada em comparação com a velocidade rotacional normal n (para uma densidade de ar que é assumida ser normal) para uma densidade de ar mais baixa.

[0088] O funcionamento decisivo é que, no caso de uma densidade de

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29/33 ar consideravelmente mais baixa p por conta dos parâmetros específicos ao local (altitude do local, nível da temperatura), a pressão sonora esperada S, e, por conseguinte, a emissão sonora substancialmente relevante da instalação de energia eólica, também caem.

[0089] Para a densidade p, a emissão sonora esperada pode ser corrigida de acordo com a especificação do nível de pressão sonora SPL de acordo com a fórmula acima (3) e essa emissão sonora esperada pode igualmente ser incluída no gerenciamento operacional, por exemplo, como uma curva característica de operação adaptada R(n, n*), como na figura 5A ou na figura 5B.

[0090] Se a densidade mais baixa for uma consequência de uma elevada temperatura, a influência da temperatura T sobre a velocidade do som pode também ser adicionalmente levada em consideração.

[0091] Uma emissão sonora da instalação de energia eólica pode ser (adicionalmente ou altemativamente) determinada para a velocidade rotacional especificada n ou para a velocidade rotacional n’ do rotor, que já foi adaptada com relação à densidade por levar em consideração a curva característica de operação R(n’, n*), que já foi adaptada a esse respeito por meio da densidade de ar p e/ou da pressão sonora S, e/ou o contorno K descrito na figura 3 usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica. Não somente uma velocidade rotacional especificada n pode, por conseguinte, preferencialmente ser corrigida para formar n*, mas também adicionalmente a velocidade rotacional n’ que já foi adaptada com relação à densidade pode ser corrigida para formar n* - mais especificamente com base no uso da densidade de ar p relevante à instalação de energia eólica e a pressão sonora S para a emissão sonora determinada S.

[0092] Uma vez que uma elevada velocidade de som resulta em um número de Mach mais baixo, uma outra ligeira redução em um nível de pressão sonora (SPL) pode ser esperada. A pressão sonora esperada S, que foi

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30/33 assim reduzida pode ser usada também para adaptar a velocidade rotacional nominal n* na curva característica de operação adaptada R(n’, n*). Como um resultado, a pressão sonora aumentaria novamente. Todavia, sob assunções simplificadas, pode ser estimado que o aumento em uma pressão sonora S por conta da velocidade rotacional elevada n* é mais baixo que a redução por conta de uma densidade mais baixa p - controle piloto I de acordo com um contorno K na figura 3 é, por conseguinte, também apropriado.

[0093] Esse controle piloto I por meio do módulo de medição 210, modificado no sentido do conceito da invenção, é seguido, para a operação em carga total, por uma seção de controle de enlace fechado de um circuito de controle de enlace fechado II do dispositivo 200 para o controle de enlace aberto e/ou enlace fechado (dispositivo de controle de enlace aberto e de enlace fechado 200) de acordo com a figura 5A - o gerenciamento operacional tem um ou mais controladores de enlace fechado 220, acima mencionados, para essa finalidade; como explicado, esses controladores de enlace fechado podem realizar o controle de enlace fechado da energia P (energia nominal), ajustada levando em consideração o desvio de velocidade rotacional An = nJSOLL - n_IST e com relação à curva característica de operação R(n’, n*) adaptada no controle piloto I por meio do dispositivo de medição 210 e/ou da pressão sonora S - mas preferencialmente, como ilustrado, pode manter a velocidade rotacional n n_Soll = n_k_Orr constante ou dentro de limites, em particular. A meta do controle de enlace fechado é geralmente uma velocidade rotacional substancialmente constante durante a operação em carga total e, em qualquer caso, uma velocidade rotacional dentro de uma apropriada largura de banda. A seção de controle de enlace fechado é fundamentalmente também configurada, com o circuito de controle de enlace fechado II, com um dispositivo de atuação 300 e correspondentes atuadores 301, 302, 303 - a ordem dos últimos é somente exemplificativa aqui. Como para a operação em carga total acima, essa seção de controle de enlace fechado pode realizar o

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31/33 controle de enlace fechado de, por exemplo, um ângulo de pá oc_Rot das pás de rotor, uma corrente de excitação I_E do gerador e/ou um ângulo de azimute da nacela ou rotor da instalação de energia eólica (não mostrado) em particular também para a operação em carga parcial - como é explicado em detalhe com base na figura 1 e na figura 2 e para a operação em carga parcial na figura 5B, por exemplo.

[0094] O resultado é, em qualquer caso, para a operação em carga total, uma velocidade rotacional elevada n_IST que corresponde ao valor alvo de uma energia de densidade adaptada P e/ou uma pressão sonora de densidade adaptada S, isto é, a velocidade rotacional adaptada n’ e/ou velocidade rotacional corrigida n*.

[0095] A figura 5B contém um método para operar uma instalação de energia eólica tendo um rotor e um gerador acionado pelo rotor para gerar uma energia elétrica de acordo com a figura 1 ou a figura 2, por exemplo, dentro do escopo de controle de enlace fechado explicado com o circuito de controle de enlace fechado III para operação sob carga parcial.

[0096] Durante a operação em carga parcial, na qual o vento é tão fraco que a instalação de energia eólica 100 não pode ainda ser operada com sua potência de saída máxima, a potência de saída é ajustada com base no vento, isto é, com base na velocidade de vento. A operação em carga parcial é, por conseguinte, a operação na qual a instalação de energia eólica não pode ainda alcançar sua potência de saída máxima, especificamente não pode ainda alcançar sua energia nominal em particular, por conta do vento que é excessivamente fraco. A energia nominal pode usualmente ser alcançada quando a velocidade de vento tiver alcançado a velocidade de vento nominal. Consequentemente, a operação em carga parcial também se refere à operação da instalação de energia eólica até a velocidade de vento nominal.

[0097] Durante a operação em carga parcial, o controlador de enlace fechado 220 do circuito de controle de enlace fechado III recebe novamente

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32/33 uma energia P ajustada levando em consideração o desvio de velocidade rotacional Δη = n_SOLL - n_IST e com relação à curva característica de operação R(n’, n*) adaptada no controle piloto I por meio do dispositivo de medição 210 e/ou à pressão sonora ajustada S como uma especificação; nesse caso, uma velocidade rotacional adaptada ou corrigida n’, n* é incluída de acordo com uma reduzida densidade p, como explicado acima.

[0098] A instalação de energia eólica para gerar a energia P_Soll a ser fornecida pode assim ser ajustada pelo ajuste do gerador, especificamente, em particular, pelo ajuste de uma corrente de excitação I_E, preferencialmente do rotor de gerador, preferencialmente também por levar em consideração a especificação para a pressão sonora S. Um ângulo de pá de uma ou mais pás de rotor pode também ser, adicionalmente ou alternativamente, ajustado por meio de um atuador 302. Isso pode ser implementado usando um correspondente acionamento de passo, por exemplo, ou usando um acionamento para um ângulo de atuação de um ou mais elementos de fluxo em uma pá de rotor no atuador 302. Uma posição de azimute da nacela da instalação de energia eólica pode também ser ajustada por meio de um atuador 303.

[0099] Como um resultado, uma velocidade rotacional elevada pode também ser assumida para a operação em carga parcial e/ou uma velocidade rotacional elevada n_IST pode ser ajustada para o circuito de controle de enlace fechado III - isso então correspondería ao valor alvo de uma energia de densidade adaptada P e/ou uma pressão sonora de densidade adaptada P, isto é, para a velocidade rotacional adaptada n’ e/ou velocidade rotacional corrigida n*. Durante a operação em carga parcial, a instalação de energia eólica é, por conseguinte, ajustada para gerar a energia a ser fornecida de acordo com o circuito de controle de enlace fechado III pelo ajuste de uma corrente de excitação I_E do gerador e/ou um ângulo de pá oc_Rot de uma pá de rotor e/ou um ângulo de azimute da nacela para a finalidade de

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33/33 comparação de uma energia atual P_Ist com uma desejada energia P_Soll de acordo com uma diferença de energia ΔΡ, como ilustrado na figura 5B, por exemplo.

Claims

1. Método para operar uma instalação de energia eólica tendo um rotor e um gerador acionado pelo rotor para gerar uma energia elétrica, tendo as etapas de:

determinar uma variável ambiental relevante à instalação de energia eólica e compreendendo pelo menos uma densidade de ar relevante à instalação de energia eólica, determinar uma velocidade rotacional do rotor, especificar uma energia elétrica a ser fornecida pelo gerador, ajustar a instalação de energia eólica, em particular o gerador pelo ajuste de uma corrente de excitação do gerador, para gerar a energia a ser fornecida de acordo com o gerenciamento operacional que indica uma relação entre a velocidade rotacional do rotor e a energia elétrica a ser fornecida, em que o gerenciamento operacional é adaptado com base na densidade de ar relevante à instalação de energia eólica, caracterizado pelo fato de que (I) uma velocidade rotacional adaptada do rotor da instalação de energia eólica para gerar uma energia elétrica a ser fornecida é especificada usando o gerenciamento operacional adaptado e, por conseguinte, usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica, em que, para gerar energia elétrica otimizada a ser fornecida, a velocidade rotacional adaptada é uma velocidade rotacional elevada para uma densidade de ar reduzida, em que, adicionalmente ou altemativamente, (II) uma emissão sonora, em particular uma pressão sonora relevante, da instalação de energia eólica é determinada para a velocidade rotacional especificada ou velocidade rotacional adaptada do rotor usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica, e a velocidade rotacional especificada ou velocidade rotacional

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2/6 adaptada é corrigida, em particular com base na emissão sonora determinada, em particular uma pressão sonora relevante, usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a densidade de ar, como uma variável ambiental relevante, é uma densidade de ar que é reduzida em comparação com uma densidade padrão de uma atmosfera padrão, e o gerenciamento operacional é adaptado com base na densidade de ar reduzida para a instalação de energia eólica.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a velocidade rotacional corrigida é elevada ainda mais em comparação com a velocidade rotacional adaptada com base na emissão sonora determinada usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica, em particular uma pressão sonora relevante, ou a velocidade rotacional corrigida não é elevada ainda mais em comparação com a velocidade rotacional adaptada, e a instalação de energia eólica é operada com uma emissão sonora que é ainda mais baixa ou permanece a mesma, em particular com uma pressão sonora relevante que é ainda mais baixa ou permanece a mesma.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a velocidade rotacional adaptada é limitada com base na emissão sonora determinada usando a densidade de ar relevante à instalação de energia eólica, em particular uma pressão sonora relevante.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o gerenciamento operacional compreende uma curva característica de operação de velocidade rotacional/energia (curva característica de operação n/P), em que uma curva característica de operação adaptada é especificada

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3/6 com base na densidade de ar relevante à instalação de energia eólica, e a instalação de energia eólica para gerar a energia a ser fornecida é ajustada com base na curva característica de operação de velocidade rotacional/energia adaptada no gerenciamento operacional, em que a velocidade rotacional atual adaptada especificada é especificada no gerenciamento operacional e é então ajustada por meio de controle de enlace aberto e/ou controle de enlace fechado.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a densidade de ar é uma densidade de ar atual no local da instalação de energia eólica, que é continuamente medida e dinamicamente adaptada e/ou uma densidade de ar geralmente prevalecente no local da instalação de energia eólica, que é medida uma vez ou repetidamente e é estaticamente adaptada.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a densidade de ar é determinada de valores ambientais medidos, em que os valores ambientais também compreendem uma temperatura de ar relevante à instalação de energia eólica.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a densidade de ar é determinada de valores ambientais medidos, em que os valores ambientais também opcionalmente compreendem pressão do ar e umidade relativa ou absoluta.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma emissão sonora normal da instalação de energia eólica, em particular uma pressão sonora normal relevante, em uma atmosfera padrão, é determinada para a velocidade rotacional do rotor, e a emissão sonora normal, em particular uma pressão sonora normal relevante, é comparada com a emissão sonora, em particular com a pressão sonora relevante, da instalação de energia eólica para a velocidade

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4/6 rotacional adaptada do rotor usando a densidade de ar e/ou temperatura de ar relevante à instalação de energia eólica, e a velocidade rotacional adaptada do rotor da instalação de energia eólica é corrigida e é opcionalmente limitada com base na emissão sonora, em particular com base em a pressão sonora relevante.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a instalação de energia eólica é operada por meio da velocidade rotacional corrigida para a emissão sonora corrigida de uma tal maneira que a instalação de energia eólica seja operada em um limite de emissão sonora corrigida, em particular em um limite de pressão sonora relevante.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a velocidade rotacional do rotor é inicialmente ajustada levando em consideração uma predeterminada densidade padrão de uma atmosfera padrão, e a velocidade rotacional adaptada é então especificada levando em consideração a densidade de ar e/ou temperatura de ar relevante à instalação de energia eólica, em que a velocidade rotacional adaptada é corrigida e a instalação é operada por meio da velocidade rotacional corrigida no limite de emissão sonora corrigida, em particular em um limite de pressão sonora relevante.

12. Método de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que a densidade de ar é uma densidade de ar que é reduzida em comparação com uma densidade padrão e a velocidade rotacional corrigida é, por um lado, uma velocidade rotacional que é elevada em comparação com a velocidade rotacional para a atmosfera padrão e, por outro lado, é uma velocidade rotacional que é elevada e/ou limitada ainda mais em

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5/6 comparação com a velocidade rotacional adaptada, opcionalmente com base na temperatura do ar.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a instalação de energia eólica para gerar a energia a ser fornecida é ajustada por especificação da velocidade rotacional adaptada (n’) e/ou da velocidade rotacional adaptada e corrigida (n*), e em particular durante a operação em carga total, pelo controle de enlace fechado da velocidade rotacional, e/ou, em particular durante a operação em carga parcial, pelo ajuste do gerador, pelo ajuste de uma corrente de excitação, preferencialmente do rotor de gerador, pelo ajuste de uma ou mais pás de rotor e/ou um ou mais elementos de fluxo em uma pá de rotor do rotor, e/ou para o ajuste de um ângulo de azimute para a nacela da instalação de energia eólica.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, por especificação da energia elétrica a ser fornecida, da densidade de ar e da emissão sonora, em particular por especificação de uma ou mais pressões sonoras relevantes, em particular durante a operação em carga parcial, a velocidade rotacional é influenciada e/ou ajustada pelo controle de um ângulo de ajuste de um componente no rotor, em particular um ângulo de passo de uma pá de rotor, e/ou um ângulo de ajuste e/ou um ou mais elementos de fluxo em uma pá de rotor.

15. Dispositivo para o controle de enlace aberto e/ou enlace fechado de uma instalação de energia eólica, tendo o gerenciamento operacional projetado para realizar o método como definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o gerenciamento operacional compreende uma curva característica de operação de velocidade rotacional/energia (curva característica de operação n/P), em que a curva

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6/6 característica de operação adaptada é preparada e especificada no gerenciamento operacional com base na densidade de ar relevante à instalação de energia eólica, e a instalação de energia eólica para gerar a energia a ser fornecida por meio da curva característica de operação de velocidade rotacional/energia adaptada.

16. Instalação de energia eólica (100) tendo um rotor e um gerador acionado pelo rotor para gerar energia elétrica, caracterizada pelo fato de que compreende um dispositivo para o controle de enlace aberto e/ou enlace fechado como definido na reivindicação 15.

17. Parque eólico (112), caracterizado pelo fato de ter uma pluralidade de instalações de energia eólica (100) que, para a finalidade de alimentar a energia gerada pela pluralidade de instalações de energia eólica, são conectadas a uma rede de distribuição (120) por meio de um ponto de alimentação comum (118), e em que pelo menos uma das instalações de energia eólica é uma instalação de energia eólica como definida na reivindicação 16.