ES2251705T3 - Sistema de gestion de explotacion para una instalacion de energia eolica. - Google Patents
Sistema de gestion de explotacion para una instalacion de energia eolica.Info
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Abstract
Sistema de gestión de explotación para una instalación de energía eólica (1), por medio del cual se regula una entrega de potencia de la instalación (1), en el que la instalación de energía eólica (1) presenta un rotor (3) con al menos una pala del rotor (5) que está dispuesta en un ángulo ajustable de la pala del rotor respecto al rotor (3), y el sistema de gestión de explotación, dentro de un intervalo de velocidad del viento preestablecido regula el número de revoluciones por unidad de tiempo del rotor regulando el ángulo de la pala del rotor para el ajuste de una potencia nominal, y a partir de un valor límite definido dependiente de la velocidad del viento reduce la potencia, caracterizado porque el valor límite es un ángulo límite definido de la pala del rotor.
Description
Sistema de gestión de explotación para una
instalación de energía eólica.
La invención se refiere a un sistema de gestión
de explotación para una instalación de energía eólica, por medio
del cual se regula una entrega de potencia de la instalación.
Los sistemas genéricos de gestión de la
explotación se usan en instalaciones de energía eólica que presentan
un rotor con al menos una pala del rotor, estando dispuesta la pala
del rotor en un ángulo ajustable de la pala del rotor respecto al
rotor. El sistema de gestión de explotación regula dentro de un
intervalo prefijado de velocidad del viento el número de
revoluciones por unidad de tiempo del rotor regulando el ángulo de
la pala del rotor para el ajuste de una potencia nominal.
La explotación de una instalación de energía
eólica está conformada de tal manera que junto a la amortización de
la instalación también se obtiene un superávit de rendimiento lo
mayor posible. Esto significa que la instalación ha de ser
explotada de tal manera que se pueda alimentar la mayor potencia
posible en la red eléctrica pública, gracias a lo cual aumenta
correspondientemente el rendimiento de la instalación. Del documento
DE 101 27 451 A1 se conoce un procedimiento para el control de una
instalación de energía eólica, en el que se varía un ajuste del
funcionamiento dentro de límites prefijados. Por medio de una
variación del ajuste del funcionamiento se ha de determinar el
ajuste óptimo con el que se puede conseguir un rendimiento
máximo.
Frente al requerimiento de obtener el mayor
rendimiento posible de la instalación de energía eólica se encuentra
el requerimiento de explotar la instalación de tal manera que
durante no se dañe o incluso no se destruya la explotación. Esto se
refiere, en particular, a la explotación de la instalación con
elevadas velocidades del viento. La explotación de una instalación
de energía eólica puede llevar en el caso de velocidades del viento
demasiado elevadas, como consecuencia de la gran carga mecánica, a
la destrucción de la instalación. Los sistemas genéricos de gestión
de la explotación están conformados por eso de tal manera que a
partir de una velocidad de viento de desconexión definida
desconectan la instalación, consiguiéndose la desconexión de la
instalación, preferentemente no de un modo abrupto, sino por medio
de la reducción lenta de la potencia. Un sistema de gestión de
explotación conforme a la invención se conoce, por ejemplo, del
documento DE 195 32 409 A1.
También del documento DE 198 44 258 A1 se conoce
un sistema de gestión de explotación por medio del que se reduce la
potencia al alcanzar una velocidad del viento preestablecida. En
este caso, la reducción de la potencia se alcanza igualmente por
medio de la regulación del ángulo de la pala del rotor. Sin embargo,
la reducción de potencia se inicia ya al alcanzar una velocidad
límite del viento, estando la velocidad límite del viento por
debajo de la velocidad de desconexión del viento.
Con la reducción de la potencia se ha de
conseguir que se reduzcan las cargas mecánicas sobre la instalación
que aumentan con la velocidad creciente del viento, gracias a lo
cual la instalación se debe dimensionar menos grande, y con ello se
podrían reducir los costes.
En los dos sistemas de gestión de la explotación
descritos anteriormente, se comienza con la reducción de la
potencia al alcanzar un valor límite definido dependiendo de la
velocidad del viento. Éste se basa en la velocidad del viento
medida. La medición de la velocidad del viento se consigue por regla
general con un anemómetro de cestilla. Este procedimiento de
medición es relativamente impreciso, y con ello, no es un buen
indicador para la carga de la instalación.
El valor límite a partir del que el sistema de
gestión de explotación reduce la potencia de una instalación de
energía eólica, debido a ello, no se debería conseguir en función de
la velocidad del viento medida, sino en función de una magnitud de
entrada que sea más sencilla de registrar desde el punto de vista
físico y de la técnica de control.
El objetivo de la presente invención es crear un
sistema de gestión de explotación que use un valor límite con las
propiedades mencionadas anteriormente.
Este objetivo se logra con un sistema de gestión
de explotación que presente las características de la reivindicación
1.
Como en el sistema de gestión de explotación
genérico, el sistema de gestión de explotación conforme a la
invención se usa en instalaciones de energía eólica que presentan un
rotor con palas de rotor regulables, estando conformado el sistema
de gestión de explotación de tal manera que regula en el interior de
un intervalo preestablecido de velocidad del viento el número de
revoluciones por unidad de tiempo del rotor mediante regulación del
ángulo de la pala del rotor para el ajuste de una potencia
nominal.
Para ello, cuando se alcanza el número de
revoluciones nominal por unidad de tiempo con la velocidad creciente
del viento, se amplía el ángulo de la pala del rotor, gracias a lo
cual, tal y como ya se mencionó arriba, se consigue el
mantenimiento del número de revoluciones nominal por unidad de
tiempo, y con ello también la potencia nominal, a pesar de la
velocidad creciente del viento. El sistema de gestión de explotación
comienza con la reducción de potencia cuando se alcanza un valor
límite definido dependiente de la velocidad del viento.
El sistema de gestión de explotación conforme a
la invención usa en este caso como valor límite un ángulo límite
definido de la pala del rotor. En el caso del ángulo límite de la
pala del rotor se trata del ángulo de la pala del rotor que se
produce para el ajuste de la potencia nominal con una fuerza del
viento que se corresponde con la velocidad de desconexión del
viento. El ángulo límite de la pala del rotor depende de la pala
del rotor usada, respectivamente, y se puede determinar de modo
empírico por medio de mediciones y/o simulaciones.
El uso del ángulo límite de la pala del rotor
como valor límite ofrece la ventaja de que se trata en este caso de
una magnitud de entrada que se puede registrar de un modo sencillo
desde el punto de vista de la técnica de control, ya que el ángulo
de la pala del rotor ya se conoce en función del ajuste de la
potencia nominal. Adicionalmente, el ángulo límite de la pala del
rotor es un indicador directo para la carga momentánea de la
instalación, y con ello representa una magnitud de entrada más
fiable para la reducción de la carga que la velocidad del viento
medida indirectamente.
En una configuración ventajosa de la invención,
el sistema de gestión de explotación está conformado según la
reivindicación 2 de tal manera que la reducción de potencia se
consigue al sobrepasar el ángulo límite de la pala del rotor por
medio de otra regulación del ángulo de la pala del rotor. En este
caso se amplía el ángulo de la pala del rotor respecto al rotor
según la reivindicación 3.
Esto ofrece la ventaja de que no se desconecta
inmediatamente la instalación al alcanzar la velocidad de
desconexión del viento, sino que se reduce lentamente la entrega de
potencia hasta que se alcanza una potencia de desconexión y la
instalación puede ser retirada de la red. Este procedimiento ofrece,
por un lado, la ventaja de una mejor compatibilidad con la red. Por
otro lado, de este modo se puede ensanchar la curva de potencia y se
puede mejorar el rendimiento energético.
En otra configuración ventajosa, el sistema de
gestión de explotación según la reivindicación 4 está conformado de
tal manera que el ángulo de la pala del rotor se mantiene constante
en su mayor parte hasta alcanzar la potencia nominal.
Después de alcanzar la potencia nominal, el
sistema de gestión de explotación según la reivindicación 4 está
conformado de tal manera que se ajusta el ángulo de la pala del
rotor dependiendo de la velocidad del viento, es decir, que el
ángulo de la pala del rotor se amplía o disminuye conforme a la
elevación de la velocidad del viento, para mantener constante la
potencia nominal.
En el sistema de gestión de explotación según la
invención, la regulación de la entrega de potencia de una
instalación de energía eólica se consigue por encima de la velocidad
de desconexión de un modo ventajoso sólo dependiendo del ángulo de
la pala del rotor. Ya no se requieren magnitudes de medición
adicionales, como por ejemplo la velocidad del viento, que en
función de las condiciones desfavorables son difíciles de
determinar, y debido a ello a menudo son imprecisas.
A continuación se explica la invención con más
detalle a partir de dos ilustraciones:
Fig. 1: muestra una vista frontal de una
instalación de energía eólica,
Fig. 2: muestra una representación esquemática de
la regulación de la potencia nominal dependiendo del ángulo de la
pala del rotor.
La Figura 1 muestra la vista en planta desde
arriba de una instalación de energía eólica (1) con una torre (2)
erigida sobre un suelo, en cuya punta, una cestilla giratoria lleva
un rotor (3) que gira alrededor de un eje horizontal, que está
formado por tres palas del rotor (5), estando dispuestas las palas
del rotor en un ángulo ajustable de las palas del rotor respecto al
rotor.
La Figura 2 muestra una representación
esquemática de la regulación de la potencia nominal dependiendo del
ángulo de las palas del rotor, en la que se parte del hecho de que
la velocidad del viento asciende de modo continuo.
La instalación arranca en el punto 1 de la Fig.
2. Entre el punto 1 y el punto 2, la instalación recorre una línea
característica de momento de giro - número de revoluciones por
unidad de tiempo de un generador previsto en la instalación hasta
que se alcanza la potencia nominal. El ángulo de la pala del rotor
no se modifica en este estadio. En el punto 2, la instalación ha
alcanzado la potencia nominal.
Después de sobrepasar el punto 2, la velocidad
del viento es mayor que la necesaria para la generación de la
potencia nominal, por ello el sistema de gestión de explotación
comienza con la regulación de potencia por medio del ángulo de la
pala del rotor. Para ello, el sistema de gestión de explotación
amplía el ángulo de la pala del rotor, gracias a lo cual rebaja el
empuje vertical de las palas del rotor y el número de revoluciones
por unidad de tiempo del rotor, y con ello se reduce la potencia.
Por medio del ajuste del ángulo de la pala del rotor se puede, con
ello, entregar una potencia nominal constante.
Tal y como se representa en la Fig. 2 entre los
puntos 2 y 3, el ángulo de la pala del rotor se amplía de modo
constante con la velocidad creciente del viento, para que la
instalación entregue una potencia nominal constante. En el punto 3,
la velocidad del viento alcanza un valor con el que el sistema de
gestión de explotación regula la pala del rotor en un ángulo que se
corresponde con un ángulo límite representado en la Fig. 2. El
sistema de gestión de explotación, al sobrepasar el ángulo límite,
comienza a reducir la potencia de la instalación. Para ello se
amplía el ángulo de la pala del rotor de tal manera que la entrega
de la potencia se reduce constantemente, hasta que se alcanza una
potencia de desconexión de la instalación como en la Fig. 2 en el
punto 4.
En otras configuraciones de la invención, la
reducción de la potencia también puede descender de otra forma, por
ejemplo de modo escalonado o exponencial.
Claims (5)
1. Sistema de gestión de explotación para una
instalación de energía eólica (1), por medio del cual se regula una
entrega de potencia de la instalación (1), en el que la instalación
de energía eólica (1) presenta un rotor (3) con al menos una pala
del rotor (5) que está dispuesta en un ángulo ajustable de la pala
del rotor respecto al rotor (3), y el sistema de gestión de
explotación, dentro de un intervalo de velocidad del viento
preestablecido regula el número de revoluciones por unidad de tiempo
del rotor regulando el ángulo de la pala del rotor para el ajuste
de una potencia nominal, y a partir de un valor límite definido
dependiente de la velocidad del viento reduce la potencia,
caracterizado porque el valor límite es un ángulo límite
definido de la pala del rotor.
2. Sistema de gestión de explotación según la
reivindicación 1, caracterizado porque para la reducción de
la potencia regula el ángulo de la pala del rotor.
3. Sistema de gestión de explotación según la
reivindicación 2, caracterizado porque para la reducción de
la potencia amplía el ángulo de la pala del rotor.
4. Sistema de gestión de explotación según la
reivindicación 1, caracterizado porque mantiene constante el
ángulo de la pala del rotor hasta alcanzar la potencia nominal.
5. Sistema de gestión de explotación según la
reivindicación 1, caracterizado porque después de alcanzar la
potencia nominal, ajusta el ángulo de la pala del rotor dependiendo
de la velocidad del viento para mantener la potencia nominal
constante.
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