ES2242647T3 - Instalacion de energia eolica con dos rotores en serie. - Google Patents
Instalacion de energia eolica con dos rotores en serie.Info
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Abstract
Instalaciones de energía eólica con por lo menos dos rotores dispuestos en serie, de los que el primer rotor, el que se haya dispuesto delante del segundo rotor, presenta un diámetro menor al del segundo rotor, caracterizadas porque el número de revoluciones nominal del primer rotor es claramente superior al número de revoluciones nominal del segundo rotor y las velocidades tangenciales de los extremos de pala del rotor de ambos rotores son prácticamente iguales en funcionamiento nominal.
Description
Instalación de energía eólica con dos rotores en
serie.
La invención se refiere a una instalación de
energía eólica, en especial a una instalación de energía eólica
grande con una potencia de más de dos MW, principalmente de cinco MW
o más aproximadamente.
Según la invención, para tal instalación de
energía eólica se propone un concepto de rotor así como la
configuración de las correspondientes palas del rotor, a fin de que
sea posible un funcionamiento seguro de tal instalación de energía
eólica.
Con respecto a esto se indica que, según el
estado de la técnica, por el documento
DE-C-746340 o (Erich Hau,
"Instalaciones de fuerza eólica", 1996, segunda edición, página
113 y siguientes) una pala de rotor o similar, ya fue optimizada
para un rendimiento máximo, dotando la zona interna con unas
profundidades de pala muy grandes. Por ejemplo, tales palas de rotor
son empleadas por la empresa Enercon en la instalación de energía
eólica de modelo E-40 (el intervalo de potencia se
encuentra entre los 500 hasta los 600 KW). Además, la zona interna
de una pala de rotor es la parte que se encuentra cerca del núcleo
de rodete (raíz de la pala del rotor) y por consiguiente dispone de
un radio pequeño.
Mientras que tal pala de rotor, optimizada para
un rendimiento máximo, para instalaciones pequeñas se puede fabricar
bien y también transportar sin problemas, tal concepto de pala de
rotor presenta dos inconvenientes. En primer lugar, para una elevada
velocidad de viento las superficies tan grandes de la pala de rotor
producen en la raíz de la pala de rotor cargas muy elevadas.
Regularmente, en aquel momento ya se habrá desconectado la
instalación de energía eólica. Pero toda la instalación de energía
eólica deberá ser diseñada (dimensionada) para estas cargas tan
elevadas. El segundo inconveniente consiste en la fabricación de una
pala de rotor con una profundidad de pala muy grande. Mientras que
este problema todavía no tiene ninguna importancia para palas de
rotor con un radio pequeño, la fabricación y el posterior transporte
de una pala de rotor tal, la cual posea una longitud muy grande
(p.ej. de más de 50 m), es muy complicado y en parte imposible, y
una profundidad de pala muy grande conlleva un coste añadido en
material y trabajo extremadamente elevado.
Por estas razones se propone evitar las
profundidades de pala grandes. La figura 2 muestra una realización
que, con frecuencia, pronto se construyó en Dinamarca.
En este ejemplo de realización de una pala de
rotor se renunció completamente a la zona interna Debido a que la
superficie de recogida se corresponde a la superficie del rotor
pintada, se supuso que se podría renunciar a esta superficie tan
pequeña (superficie de la zona interna), que solamente corresponde a
aproximadamente un 5% de la superficie total, o bien, aumentar el
diámetro del rotor mínimamente a fin de poder comparar el flujo de
las superficies.
Aquí sin embargo se omitió y/o no se tuvo en
cuenta que, con ello, en la zona cercana a la instalación de energía
eólica con palas de rotor según la figura 2, se forma un agujero
aerodinámico. En la zona cercana el viento puede circular a través
de este agujero sin impedimento, sin experimentar una resistencia.
Esto conduce a que en la zona interna (primera zona de rotor de la
instalación de energía eólica) del perfil inicial, en la pala del
rotor, no se forme un flujo laminar. Con ello, la primera zona de la
pala del rotor con perfilado de rotor (activo) no puede contribuir
en la ganancia de energía.
La empresa Enercon muy tempranamente (hacia 1990)
ya había desarrollado perfiles de sección gruesos para evitar los
problemas antes mencionados.
La figura 3 muestra un perfil tal que fue
empleado en la zona interna de la pala de rotor. Sin embargo,
incluso los perfiles de sección conducen, para instalaciones de
energía eólica grandes (diámetro de rotor por encima de los 70 m), a
profundidades de pala de hasta 6 m, lo que hace que el transporte de
tales palas de rotor sea extremadamente difícil y que su fabricación
sea extraordinariamente costosa.
Objetivo de la invención es eliminar los
problemas arriba mencionados y simplificar la fabricación de una
instalación de energía eólica así como su funcionamiento.
La invención alcanza el objetivo con las
características de una instalación de energía eólica según la
reivindicación 1. En las reivindicaciones subordinadas se encuentran
descritas variantes ventajosas.
El concepto de instalación de energía eólica
según la invención prevé dotar la instalación de energía eólica con
dos rotores, de los que el primero, el rotor pequeño, está dispuesto
antes del segundo, el rotor grande. Por consiguiente, según la
invención se propone separar completamente la zona interna del rotor
de una instalación de energía eólica, de la zona externa.
Una instalación de energía eólica tal será
descrita con ejemplos, mediante las siguientes figuras. En tanto que
modelo descriptivo servirá para ello una instalación de energía
eólica grande, con un diámetro de 113 m aproximadamente, y una
potencia del generador instalada de 5 MW aproximadamente. A su vez,
el rotor para la zona interna tiene un diámetro de aproximadamente
40 m.
Con esto aún quedará para el segundo rotor, el
rotor más grande, una longitud de pala de rotor activa de
aproximadamente 36,5 m. El primero, el rotor pequeño, gira con un
número de revoluciones nominal de 38 r.p.m. aproximadamente. El
segundo, el rotor grande, gira con un número de revoluciones nominal
de 11 r.p.m. aproximadamente. Con ello las velocidades tangenciales
de los extremos de pala de rotor de ambos rotores son casi
iguales.
La ventaja de la instalación de energía eólica
según la invención se encuentra en que para la zona interna de
rotor, para elevadas velocidades de viento tan sólo se ajusta una
superficie de ataque muy pequeña. Con ello se obtienen cargas
extremas muchísimo más pequeñas para toda la instalación de energía
eólica.
Otra ventaja consiste en que la pala de rotor
para la zona externa (el segundo rotor), puede ser fabricada, en
tanto que una unidad, con una longitud de aproximadamente 36,5 m.
Una unidad tal se puede poner encima de un truncado de pala de rotor
que aerodinámicamente no ofrezca ninguna cantidad relevante en la
accionamiento del rotor. Con ello, el transporte de las palas del
rotor es posible sin más.
Otra ventaja también consiste en que el
dispositivo de ajuste de la pala de rotor del segundo rotor ya no
deberá ser diseñado tan grande, ya que el dispositivo de ajuste de
la pala de rotor se podrá agregar (colocar) al truncado de pala de
rotor y, por consiguiente, se encontrará alejado del núcleo de
rodete unos 20 m (radio del rotor pequeño).
Durante el funcionamiento de la instalación de
energía eólica, cada rotor acciona un generador independiente. El
generador del primer rotor se encuentra entre el primer y el segundo
rotor, y principalmente es directamente accionado por éste. Para la
construcción de la instalación de energía eólica según la invención
esto significa que delante del segundo rotor se colocará una
disposición rotor-generador de modelo pequeño, p.
ej. del modelo E-40 de la empresa Enercon. A su vez,
ambos rotores, así como ambos generadores, serán alzados por un
único muñón del eje y se colocarán giratorios sobre éste.
Ambos rotores giran principalmente en el mismo
sentido (giro a la derecha), pero también es posible dejar que giren
en sentido contrario mediante el correspondiente diseño de las palas
de rotor.
La torre de la instalación de energía eólica
según la invención tiene una altura de más de 100 m, en tanto que
ejemplo, la altura del núcleo de rodete se encuentra en el intervalo
de 120 a 160 m.
Durante el funcionamiento de la instalación de
energía eólica, el rotor más pequeño (el primer rotor), se ocupa de
que en la zona interna del segundo rotor no se pueda configurar
ningún agujero aerodinámico.
Claims (15)
1. Instalaciones de energía eólica con por lo
menos dos rotores dispuestos en serie, de los que el primer rotor,
el que se haya dispuesto delante del segundo rotor, presenta un
diámetro menor al del segundo rotor, caracterizadas porque el
número de revoluciones nominal del primer rotor es claramente
superior al número de revoluciones nominal del segundo rotor y las
velocidades tangenciales de los extremos de pala del rotor de ambos
rotores son prácticamente iguales en funcionamiento nominal.
2. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 1, caracterizada porque el primer rotor rota
con un número de revoluciones mayor que el segundo rotor.
3. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 1 y 2, caracterizada porque el número de
revoluciones nominal del primer rotor se encuentra aproximadamente
en el intervalo de 25 a 45 r.p.m.
4. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 1 y 2, caracterizada porque el número de
revoluciones nominal del segundo rotor se encuentra aproximadamente
en el intervalo de 5 a 19 r.p.m.
5. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la
velocidad tangencial de los extremos de pala del rotor de ambos
rotores en funcionamiento nominal, es prácticamente idéntica.
6. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque cada
rotor esta asignado cada vez a un generador.
7. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
primer rotor presenta un diámetro de 35 a 55 m aproximadamente, y el
segundo rotor un diámetro de 100 a 150 m aproximadamente,
principalmente de unos 113 m.
8. Instalación de energía eólica con un primer y
un segundo rotor, en la que el segundo rotor dispone de un diámetro
claramente mayor, como el primer rotor, y que se encuentra dispuesto
detrás del primer rotor, y el segundo rotor presenta palas de rotor
cuyas superficies de pala activa comienzan en la zona de los
extremos de pala de rotor del primer rotor.
9. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
segundo rotor presenta palas de rotor que constan de dos partes, en
las que la segunda, la parte exterior de la pala de rotor forma la
pala de rotor activa y la primera parte de la pala de rotor está
configurada aerodinámicamente de tal manera que no produce ninguna
contribución relevante en el accionamiento del rotor.
10. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 9, caracterizada porque para una pala de rotor
del segundo rotor se ha configurado un dispositivo de ajuste de pala
de rotor, que se encuentra configurado entre la primera y la segunda
parte de la pala de rotor.
11. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 9 y 10, caracterizada porque la primera
sección de pala de rotor del segundo rotor se encuentra fijada
rígidamente al núcleo de rodete del segundo rotor.
12. Instalación de energía eólica con una
disposición de rotor que presenta una zona interna de rotor y una
zona externa de rotor, en la que la zona interna del rotor está
separada de la zona externa del rotor.
13. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque entre
el primer rotor y el segundo rotor se encuentra dispuesto un primer
generador cuyo inducido está conectado al primer rotor y es
accionado por éste.
14. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
primer rotor está dispuesto tan cerca del segundo rotor que en la
zona del segundo rotor no se pueda configurar ningún agujero
aerodinámico.
15. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque ambos
rotores giran en el mismo sentido (giro a la derecha).
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