ES2269517T3 - Control acimutal de una instalacion de energia eolica en caso de tormenta. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para controlar una instalación de energía eólica con una sala de máquinas y con un rotor con al menos un álabe de rotor, en el que los álabes del rotor de la instalación de energía eólica al alcanzar una primera velocidad predeterminada del viento, especialmente la velocidad límite que es superior a 20 m/s, se ajustan en una primera posición predeterminada y, al alcanzar una segunda velocidad predeterminada del viento que es claramente mayor que la primera velocidad predeterminada, se lleva la sala (12) de máquinas a una posición acimutal predeterminada, caracterizado porque en caso de movimiento de la sala de máquinas a la posición acimutal predeterminada también se ajustan al mismo tiempo los álabes del rotor de tal manera que su posición de bandera fundamentalmente no se modifica respecto a la dirección principal del viento.

Description

Control acimutal de una instalación de energía eólica en caso de tormenta.
La presente invención se refiere a un procedimiento para el control de una instalación de energía eólica en caso de velocidades muy altas del viento, en el que se determina previamente una primera velocidad del viento a la que se ajustan los álabes del rotor de la instalación de energía eólica en un primer ajuste predeterminado.
Además, la presente invención se refiere a una instalación de energía eólica, especialmente para la realización de un procedimiento de control de este tipo con un accionamiento acimutal y con un rotor con al menos un álabe del rotor que puede ajustarse de forma individual.
Un procedimiento para controlar una instalación de energía eólica según el preámbulo de la reivindicación principal y una instalación de energía eólica según el preámbulo de la reivindicación 10 se conocen, por ejemplo, por el documento DE19532409. Además, se conocen procedimientos para controlar una instalación de energía eólica en caso de altas velocidades del viento en Erich Hau, "Windkraftanlagen", Springer Verlag, 2ª ed., 1996, pp. 89 y siguientes, 235 y siguientes, así como por el documento DE19717059C1.
Este estado de la técnica conocido describe predominantemente medidas que se adoptan para proteger las instalaciones de energía eólica de sobrecargas en caso de velocidades muy altas del viento. A este respecto, se consideran especialmente cargas mecánicas para evitar un daño de la instalación y/o de los componentes individuales.
Como medida estándar se describe normalmente el ajuste de los álabes del rotor en una denominada "posición en bandera". Una condición previa para ello es, no obstante, que exista una posibilidad de modificar el ángulo de incidencia de los álabes del rotor, el denominado ajuste del ángulo de paso (pitch). Si no existe una posibilidad de este tipo, se provoca un desprendimiento del flujo en los álabes del rotor para realizar una descarga de la instalación de energía eólica.
No obstante, en el caso de este procedimiento resulta desventajoso que no se indique ninguna medida para velocidades del viento que aumentan por encima de esta primera velocidad del viento predeterminada, de modo que sólo puede confiarse en que las instalaciones estén dimensionadas de una forma suficiente para impedir una destrucción total de la instalación y una puesta en peligro importante e inevitable del entorno más cercano que se produce con ello.
Por tanto, el objetivo de la presente invención es indicar un procedimiento para controlar una instalación de energía eólica y una instalación de energía eólica para la realización de este procedimiento, que en caso de una situación de viento extremo estén en condiciones de reducir en la mayor medida posible las cargas mecánicas de la instalación de energía eólica que se originan con este viento extremo.
Para conseguir este objetivo el procedimiento del tipo anteriormente mencionado para controlar una instalación de energía eólica se configura con las características de la reivindicación 1. Con ello es posible favorecer las medidas tomadas mediante un ajuste adecuado de los álabes del rotor para proteger la instalación de energía eólica mediante el ajuste del rotor en una posición en la que la resistencia al viento es especialmente reducida.
En una forma de realización preferida de la invención, el rotor se gira hacia sotavento mediante un ajuste de la posición acimutal, de manera que se encuentra en el lado de la torre de la instalación de energía eólica opuesto al viento.
En una forma de realización especialmente preferida del procedimiento, se ajusta, además de la posición acimutal de la sala de máquinas y, con ello, la orientación del lado de sotavento del rotor, el ángulo de incidencia de los álabes que pueden ajustarse, de tal manera que representa una resistencia al viento lo más reducida posible. De esta manera puede reducirse claramente la carga de toda la instalación de energía eólica. Para ello se llevan nuevamente los álabes del rotor a la posición de bandera.
De forma especialmente preferida, el procedimiento de control según la invención puede estar configurado de tal manera que se registren especialmente las cargas en uno o varios álabes del rotor. Este registro puede realizarse, por ejemplo, determinando la velocidad del viento en el álabe del rotor, la deformación del álabe del rotor y/u otros tipos adecuados (medición de las fuerzas de tracción y presión en el álabe del rotor o el buje del rotor).
En una variante preferida de la invención, durante la determinación de la dirección del movimiento para ajustar la posición acimutal de la sala de máquinas se tiene en cuenta la torsión de los cables que discurren especialmente de la sala de máquinas a la torre o viceversa. De esta manera evitarse realmente daños eludibles. La primera velocidad del viento predeterminada del orden de aproximadamente 20 m/s se denomina también normalmente "velocidad de desconexión o velocidad límite". En caso de esta velocidad o un valor algo superior, por ejemplo, una velocidad del viento de 25 m/s, se desconectan la mayoría de las instalaciones de energía eólica, es decir, se frena todo el rotor y no se genera más energía.
En una variante especialmente preferida del procedimiento se suelta el freno acimutal y/o el freno del rotor, de manera que el viento que inciden ajusta automáticamente el rotor del lado de sotavento en la posición con la mínima resistencia al viento y, al mismo tiempo, las fuerzas en los álabes del rotor pueden descomponerse por sí mismas mediante un posible giro del rotor, de manera que gracias al procedimiento según la invención la instalación de energía eólica se ajusta de tal manera que puede desviar las fuerzas del viento en la mayor medida posible.
Otras formas de realización ventajosas de la invención se caracterizan por las reivindicaciones subordinadas. A continuación se ilustra detalladamente un ejemplo de realización de la invención mediante las figuras. Muestran:
la figura 1, una instalación de energía eólica en el funcionamiento normal,
la figura 2, una instalación de energía eólica que se ha ajustado mediante el procedimiento según la invención tras alcanzar una primera velocidad del viento; y
la figura 3, una instalación de energía eólica que se ha ajustado mediante el procedimiento según la invención al alcanzar una segunda velocidad predeterminada del viento.
La figura 1 muestra una instalación de energía eólica configurada como rotor de barlovento, es decir, el rotor se encuentra en el lado de la torre 10 dirigido al viento. En la punta de la torre 10 se encuentra la sala 12 de máquinas con el generador (no mostrado) y los álabes 14 del rotor.
En esta figura se muestra esta instalación de energía eólica ilustrativa en el funcionamiento normal y los álabes 14 del rotor están ajustados de tal manera que extraen del viento, indicado mediante la flecha 20, el máximo rendimiento para transformarlo en energía eléctrica.
La figura 2 muestra también una instalación de energía eólica con una torre 10 en cuya punta se encuentra una sala 12 de máquinas. En esta figura se muestra un ajuste posible de los álabes 14 del rotor que se produce mediante el control según la invención cuando se alcanza o se supera una velocidad predeterminada del viento, por ejemplo, 20 m/s. Los álabes 14 del rotor se giran entonces en una denominado posición de bandera en la que están orientados de tal manera que presentan la mínima resistencia al viento.
De esta manera se reduce claramente la carga que el viento 20 incidente ejerce sobre los álabes 14 del rotor en la instalación 8, 10, 12, 14 de energía eólica. Además, en esta posición la corriente no incide naturalmente en los álabes 14 del rotor, de manera que tampoco se forman las fuerzas de empuje vertical correspondientes. Por tanto, no se produce ningún giro del rotor.
En el caso de instalaciones de energía eólica en las que el cambio del ángulo de incidencia de los álabes 14 del rotor no sea posible, una reacción del control de forma correspondiente al procedimiento según la invención puede consistir, por ejemplo, en ajustar una parte del álabe del rotor, preferiblemente una parte exterior que esté lo más alejada posible del buje del rotor (no mostrado), de tal manera que se descomponga la corriente en los álabes del rotor y, con ello, se impida la rotación.
No obstante, en el caso de este ajuste las fuerzas que actúan sobre los álabes 14 del rotor, la sala 12 de máquinas y la torre 10 siguen siendo relativamente grandes y especialmente el ajuste del ángulo acimutal debe resistir cargas considerables.
Por tanto, para evitar daños, el procedimiento de control según la invención ajusta la posición del ángulo acimutal de la sala 12 de máquinas al alcanzar una segunda velocidad predeterminada del viento, por ejemplo, más de 30 m/s - 50 m/s, de tal manera que el rotor se encuentra en sotavento, es decir, en el lado de la torre 10 opuesto al viento. Esto se muestra en la figura 3. La segunda velocidad predeterminada del viento se encuentra en un orden de magnitud en el que puede hablarse de una tormenta huracanada o un huracán. Con estas velocidades del viento, normalmente en las instalaciones de energía eólica conocidas ya no se mueve nada más dado que tanto el freno acimutal, como también el freno del rotor se ocupan del estado de total reposo de la instalación.
En la figura 3, la sala 12 de máquinas en la punta de la torre 10 está ajustado de tal manera que el viento 20 primero fluye pasando la torre 10 y sólo entonces alcanza el rotor con los álabes 14 del rotor. Soltando el freno acimutal y el freno del rotor es posible, con este ajuste, que puede conducir las fuerzas que se forman a partir del viento incidente y que actúan especialmente sobre los álabes 14 del rotor a un giro libre de la sala 12 de máquinas en el cojinete para el ajuste del ángulo acimutal, de manera que el viento "arrastra conjuntamente" la sala 12 de máquinas en caso de cambios de dirección.
Tal como puede observarse en la figura 3, la posición de los álabes 14 del rotor respecto al viento permanece sin variación, es decir, los álabes 14 del rotor se encuentran al igual que antes en la denominada posición de bandera en la que presentan la mínima resistencia al viento.
Sin embargo, dado que la sala 12 de máquinas de la instalación 10, 12, 14 de energía eólica se ha girado desde la posición de barlovento a la posición de sotavento, es decir, ha realizado un giro de 180º, también se giran 180º los álabes 14 del rotor para que puedan mantener su posición respecto al viento.
En correspondencia, la suspensión de los álabes del rotor y el accionamiento de los álabes del rotor deben permitir un giro de este tipo.
A este respecto, para cambiar la posición de los álabes 14 del rotor son posibles dos procedimientos básicos y naturalmente cualquier variante intermedia. Una posibilidad consiste en variar primero la posición acimutal de la sala 12 de máquinas de tal manera que el rotor se desplace de barlovento a sotavento y dejar sin modificar la posición de los álabes 14 del rotor durante este ajuste. No obstante, esto conlleva a que los álabes 14 del rotor, tras un giro de aproximadamente 90º, se dispongan con toda su superficie transversal al viento y ofrezcan con ello toda la superficie de incidencia. Aquí, el soltar el freno del rotor sólo puede servir como ayuda secundaria dado que el viento actúa sobre al menos dos álabes, de los cuales uno se encuentra por encima del eje horizontal del rotor y el otro se encuentra por debajo de éste.
La alternativa preferida consiste en mantener la posición de los álabes 14 del rotor respecto al viento mediante un cambio continuo de la posición de los álabes 14 del rotor respecto al viento y un cambio continuo de la posición de los álabes 14 del rotor respecto a la sala 12 de máquinas (en caso de orientación constante del viento) durante el ajuste de la posición acimutal. Con ello los álabes 14 del rotor se encuentran también en caso de una posición de la sala 12 de máquinas transversal a la dirección 20 del viento, en una posición de bandera y, por tanto, siempre ofrecen la mínima resistencia posible al viento.
La invención anteriormente descrita es especialmente adecuada para instalaciones de energía eólica en alta mar. Dado que precisamente en la zona de alta mar, es decir, en el caso de instalaciones de energía eólica en mar abierto ha de esperarse que se expongan en parte a las tempestades más intensas, pero, al mismo tiempo, en caso de menores daños en las instalaciones pueden repararse fundamentalmente de la misma manera, mediante la invención se ocupan de que no puedan producirse daños mayores o menores en las piezas de las instalaciones dado que al ajuste de los álabes del rotor en la posición de bandera y el ajuste de la sala de máquinas en la posición de sotavento se ocupan de que la carga de viento sobre toda la instalación de energía eólica y sus partes (especialmente la torre) se mantenga lo más reducida posible.

Claims (13)

1. Procedimiento para controlar una instalación de energía eólica con una sala de máquinas y con un rotor con al menos un álabe de rotor, en el que los álabes del rotor de la instalación de energía eólica al alcanzar una primera velocidad predeterminada del viento, especialmente la velocidad límite que es superior a 20 m/s, se ajustan en una primera posición predeterminada y, al alcanzar una segunda velocidad predeterminada del viento que es claramente mayor que la primera velocidad predeterminada, se lleva la sala (12) de máquinas a una posición acimutal predeterminada, caracterizado porque en caso de movimiento de la sala de máquinas a la posición acimutal predeterminada también se ajustan al mismo tiempo los álabes del rotor de tal manera que su posición de bandera fundamentalmente no se modifica respecto a la dirección principal del viento.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los álabes (14) del rotor, al alcanzar la segunda velocidad predeterminada del viento, se llevan a un segundo ajuste predeterminado.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque los álabes (14) del rotor se llevan a un segundo ajuste predeterminado después de que la sala (12) de máquinas haya alcanzado su ajuste predeterminado.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el segundo ajuste predeterminado de los álabes (14) del rotor se realiza durante el proceso de ajuste predeterminado de la sala (12) de máquinas.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en los álabes (14) del rotor se registran las cargas que actúan sobre los álabes del rotor mediante medios de registro de la carga.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque durante la determinación de la dirección del movimiento para la sala (12) de máquinas respecto a la nueva posición acimutal, se tiene en cuenta la torsión de los cables en la sala de máquinas.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque especialmente en el caso de vientos que cambian rápidamente de dirección se determina una dirección media del viento y porque esta dirección media del viento se tiene en cuenta durante la determinación de la dirección de desplazamiento de la sala (12) de máquinas.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el caso de varios parámetros que influyen en la dirección del movimiento de la sala (12) de máquinas se realiza una ponderación de los parámetros.
9. Procedimiento para el control de una instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque al alcanzar la segunda velocidad predeterminada del viento, la sala de máquinas se lleva a la posición de sotavento y los álabes del rotor se encuentran en la posición de bandera.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el freno acimutal se suelta al alcanzar una velocidad por encima de la primera velocidad, preferiblemente, al alcanzar la segunda velocidad.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se suelta el freno del rotor.
12. Instalación de energía eólica, especialmente para la realización del procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes con un accionamiento acimutal y un rotor con al menos un álabe del rotor que puede ajustarse de forma individual, caracterizado por un dispositivo de control que registra el valor de la velocidad del viento y en función del valor determinado de la velocidad del viento, con el rotor en reposo, modifica el ángulo de incidencia del álabe del rotor o de los álabes (14) del rotor y al mismo tiempo la posición acimutal de la sala (12) de máquinas de tal manera que el álabe del rotor o los álabes del rotor, durante el proceso de ajuste de la sala de máquinas a una determinada posición acimutal, se encuentra o se encuentran siempre fundamentalmente en la posición de bandera respecto a la dirección principal del viento.
13. Instalación de energía eólica según la reivindicación 12, caracterizada por al menos un microprocesador en el dispositivo de control.
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