ES2318028T3 - Sistema de prealerta para instalaciones de energia eolica con sodar. - Google Patents

Sistema de prealerta para instalaciones de energia eolica con sodar. Download PDF

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Abstract

Instalación de energía eólica con un sistema acústico para detectar la velocidad del viento, concretamente, con un SODAR, que está fijado en la góndola de la instalación de energía eólica y que detecta la zona delante del rotor de la instalación de energía eólica, estando fijado el SODAR en la zona del cubo del rotor de la instalación de energía eólica delante del plano de rotor del rotor de la instalación de energía eólica.

Description

Sistema de prealerta para instalaciones de energía eólica con SODAR.
Según el tamaño y el dimensionado de la potencia, las instalaciones de energía eólica son bienes de inversión relativamente caros, que han de protegerse contra la destrucción, el deterioro u otras causas que conduzcan a un fallo de una instalación de energía eólica, si se pretende alcanzar la vida útil larga prometida para la instalación de energía eólica. Al mismo tiempo, en las instalaciones de energía eólica existe siempre el deseo de explotarlas con la máxima potencia posible, para que pueda conseguirse también un rendimiento energético máximo. Los dos objetivos, es decir, la larga vida útil, por un lado, y el mayor rendimiento energético posible, por otro lado, son dos objetivos en parte diametralmente opuestos, puesto que en principio sería posible explotar la instalación de energía eólica también parcialmente en régimen de sobrecarga aumentando de este modo el rendimiento energético, aunque esto conduciría al mismo tiempo a una reducción clara de la vida útil. Si la instalación de energía eólica se explota, en cambio, sólo en intervalos de velocidad de viento muy bajos, la instalación seguramente estará mejor protegida que otras, pero su rendimiento energético seria insuficiente.
Por el documento WO-A 98/42980 se conoce una instalación de energía eólica en la que tiene lugar un control del ángulo de ataque de una pala de rotor de la instalación de energía eólica en función de la velocidad de viento determinada con ayuda de un sistema de medición de la velocidad del viento para determinar velocidades de viento delante de la instalación de energía eólica, determinándose la velocidad del viento con ayuda de un rayo láser.
Por el documento US 4,651,017 se conoce una instalación de energía eólica, en la que la velocidad del viento se determina con ayuda de un rayo láser delante de la instalación de energía eólica para controlar la instalación de energía eólica.
Por el documento US 5,979,234 se conoce un procedimiento acústico de medición de la velocidad del viento, determinándose la velocidad del viento entre una fuente de ruido en un lugar conocido y un detector que se encuentra a una distancia de esta fuente de ruido, preferiblemente en aeropuertos.
El objetivo de la invención es especificar medidas y posibilidades para poder proteger una instalación de energía eólica contra deterioros o circunstancias que puedan provocar el fallo de una instalación de energía eólica, pudiendo obtenerse, no obstante, al mismo tiempo un rendimiento energético máximo posible.
El objetivo se consigue mediante una invención con las características según la reivindicación 1 ó 2. En las reivindicaciones subordinadas están descritas variantes ventajosas.
La invención está basada en el conocimiento de no medir sólo, como se ha hecho hasta ahora, las condiciones de viento en una instalación de energía eólica mediante anemómetros sino de usar estos resultados de medición también para instalaciones de energía eólica que están dispuestas detrás de la primera instalación de energía eólica visto en la dirección del viento, de modo que éstas puedan proceder, en caso necesario, p.ej. al producirse una ráfaga de viento, antes de incidir la ráfaga en la instalación de viento a un cambio del ángulo de ajuste de la pala y que, a continuación, al incidir la ráfaga en la instalación de energía eólica, la carga no se haga tan grande que aún pueda provocar daños.
El sistema de prealerta según la invención está basado en principio en dos planteamientos en parte distintos, aunque pueden ser combinados uno con otro completándose en este caso mutuamente.
Una posibilidad está en fijar en la propia instalación de energía eólica, preferiblemente en su góndola, por ejemplo en la zona de cubo delantero delante del rotor, un llamado sistema SODAR (véase p.ej. http://aku100.physik.uni-
oldenburg.de/Schallausbreitung/sodar1). Los sistemas SODAR (Sonic Detection and Ranging) de este tipo son capaces de detectar las condiciones de viento (online) de forma tridimensional en una dirección deseada (la dirección del viento) delante de la instalación de energía eólica. Al fijar, por lo tanto, un sistema SODAR en una góndola de la instalación de energía eólica y de orientarlo a la zona delante del rotor de la instalación de energía eólica, no es necesario realizar un reajuste (puesto que el sistema SODAR está orientado siempre con la góndola en la dirección principal del viento) y puede observar la zona delante del rotor de la instalación de energía eólica comprobando si se producen ráfagas.
Si bien los sistemas SODAR son de por sí conocidos, hasta ahora sólo se instalan de forma estacionaria o se transportan como instalaciones móviles en un remolque y sirven sólo para la medición única de un perfil de viento en una zona determinada.
Según la invención, los sistemas SODAR de este tipo se dejan en la instalación de energía eólica y no se instalan una sola vez de forma estacionaria, de modo que, al aproximarse una ráfaga que podría conducir a una sobrecarga indeseada de la instalación de energía eólica, esto se detecta a tiempo ajustándose las palas de rotor correspondientemente aún antes de incidir la ráfaga en la instalación de energía eólica, de modo que la carga sobre la instalación energía eólica que va unida a la ráfaga es claramente menor que en el caso de palas de rotor no ajustadas.
Si el sistema SODAR está instalado en una (o varias) instalación(es) de energía eólica dispuesta en un parque eólico y si la instalación de energía eólica está montada en la zona marginal del parque eólico a la que el viento que se va aproximando incide en primer lugar, los datos medidos por el sistema SODAR no sólo pueden ser procesados en la instalación de energía eólica que porta el sistema SODAR, sino también en todas las demás instalaciones de energía eólica que están dispuestas detrás de la instalación de energía eólica equipada con el sistema SODAR visto en la dirección del viento, de modo que también allí la ráfaga que pasa u otras condiciones de viento desfavorables no pueden provocar ningún daño, si las instalaciones de energía eólica orientan las palas de rotor correspondientemente al viento, por lo que no pueden ser atacadas por una ráfaga u otras condiciones de viento desfavorables.
No obstante, en parques eólicos también es posible una alternativa para un sistema de prealerta, usándose los anemómetros y dispositivos de medición de cargas que se usaron hasta ahora y que están fijados en una instalación de energía eólica no solamente para suministrar datos que son importantes para la instalación de energía eólica que porta el anemómetro o el dispositivo de medición de cargas, sino que se aprovechan también para la dirección de viento detrás de la instalación de energía eólica con el anemómetro. Si el anemómetro mide, por ejemplo, intensidades de viento muy grandes, las informaciones correspondientes pueden transmitirse a las demás instalaciones dispuestas detrás de la instalación de energía eólica afectada visto en la dirección de viento y éstas pueden ajustar a tiempo, antes de incidir las condiciones de viento indeseadas, que suponen un peligro por la carga, las palas de rotor de tal modo o tomar otras medidas, p.ej. desconexión completa de las instalaciones, que las cargas provocadas por las condiciones de viento desfavorables y, por lo tanto, los daños que se producen eventualmente, sean lo más reducidos posible, o puedan evitarse del todo.
Un ajuste de las palas de rotor en la dirección del viento conduce por lo general a que se reduzca la superficie expuesta al viento de las palas del rotor, lo cual puede conducir eventualmente también a una reducción de la potencia eléctrica. Este inconveniente se acepta, no obstante, si al evitarse sobrecargas pueden evitarse los deterioros que éstas conllevan. Al fin y al cabo, ya pocos casos de sobrecarga pueden reducir claramente la vida útil de toda la instalación, de modo que una potencia temporalmente reducida apenas tiene importancia, si para la misma se tiene en cuenta la vida útil total de la instalación de energía eólica.
El sistema de prealerta según la invención, en el que los datos (datos de viento, de carga) que se miden en una instalación de energía eólica también pueden usarse para otras instalaciones de energía eólica, requiere una red de comunicación entre las instalaciones de energía eólica de un parque eólico, pudiendo realizarse la transmisión de datos de forma inalámbrica o también por líneas y pudiendo usarse para la transmisión propiamente dicha tecnologías de red ya conocidas.
La transmisión de datos puede realizarse aquí de instalación a instalación, así como mediante un control central. El control central puede transmitir a su vez las informaciones respecto a las condiciones de viento que se miden en la instalación a todas las instalaciones de energía eólica o algunas instalaciones elegidas (p.ej. dispuestas en el "lado de sotavento" de una instalación determinada) de un parque eólico y/o puede proporcionar a su vez las señales de control necesarias y transmitirlas a las instalaciones de energía eólica afectadas. Por supuesto, también es concebible una combinación de SODAR y mediciones con anemómetro, de modo que puede realizarse, por un lado, la transmisión de instalación a instalación y, por otro lado, a través de un control central, de modo que existe una redundancia de información, que permite, p.ej., una corrección de errores. Además, puede realizarse una comprobación de plausibilidad, p.ej. de tal modo que la instrucción de control emitida por el control central para la instalación de energía eólica puede comprobarse con ayuda de los datos acerca de la velocidad del viento o de la dirección del viento transmitidos de instalación a instalación ejecutándose esta instrucción sólo después de haberse determinado su plausibilidad.
Por otro lado, naturalmente puede realizar cada instalación un control correspondiente en su dispositivo de control propio con ayuda de los datos transmitidos entre las instalaciones y un control central se encarga de una supervisión correspondiente.
Puesto que la distancia entre las distintas instalaciones de energía eólica de un parque eólico son invariables, con ayuda de la velocidad de viento conocida, al producirse condiciones de viento desfavorables, puede calcularse (previamente) con bastante fiabilidad cuando las condiciones de viento correspondientemente desfavorables, p.ej. la ráfaga, alcanzarán las distintas instalaciones.
Por consiguiente puede calcularse, p.ej. un plazo de desarrollo en función de la velocidad del viento, que necesita la instalación para realizar el ajuste necesario (ángulo de ataque de las palas de rotor respecto al viento). Alternativa o complementariamente puede introducirse un componente fijo para el plazo de desarrollo.
Debido a las distancias entre las distintas instalaciones de energía eólica y las velocidades de viento, los tiempos de prealerta que resultan deberían bastar por lo general para cambiar a tiempo los ángulos de las palas (la velocidad de ajuste es de aproximadamente 4 a 8º/segundo).
Como ya se ha mencionado anteriormente, la determinación de las informaciones acerca de las condiciones del viento que se miden en una instalación de energía eólica puede realizarse en principio en todas las instalaciones de energía eólica de un parque eólico. Una alternativa puede ser una transmisión de la información en función de la dirección del viento, pudiendo estar previsto un ángulo de abertura, para transmitir las informaciones al menos a las instalaciones dispuestas directamente al lado del recorrido del viento. Este ángulo de abertura puede elegirse a su vez fijo o en función de las variaciones de la dirección del viento.
Por supuesto, al transmitir informaciones también pueden transmitirse además de los datos acerca de la velocidad del viento y de la dirección del viento otros datos, como identificadores de las instalaciones de energía eólica remitentes y receptoras, códigos de corrección de errores o informaciones similares.
La consideración especial de la dirección del viento parece razonable teniéndose en cuenta que al haber una dirección de viento sustancialmente constante, aún se producen ráfagas locales, que sólo (pueden) alcanzar una parte de las instalaciones de energía eólica, de modo que bajo el punto de vista de la optimización del rendimiento sólo deben controlarse correspondientemente las instalaciones de energía eólica realmente dispuestas en el recorrido de una ráfaga de este tipo, de modo que la carga que se produce allí sea la menor posible.
La figura 1 muestra a título de ejemplo una disposición de un parque eólico con múltiples instalaciones de energía eólica 1, que están conectadas con un control central 2, respectivamente. El control central puede procesar aquí los datos medidos de distintas instalaciones y también puede proporcionar señales de control correspondientes para determinadas instalaciones.
La figura 2 muestra a título de ejemplo un caso de aplicación típico. Aquí, el viento 3 fluye en primer lugar a una instalación 4 determinada, que transmite a su vez los datos medidos a un control central o de otra forma (no vía control central) a otras instalaciones. Se ha de esperar que el viento que incide en la instalación también incidirá en las instalaciones que están dispuestas directamente en el lado de sotavento de la instalación (rayado estrecho). No obstante, también es perfectamente posible ampliar el ángulo de abertura (rayado más amplio), para definir de esta forma un "lado de sotavento" más ancho, de modo que en todas las instalaciones que están dispuestas en parte o del todo en la zona rayada, los resultados de medición de la primera instalación también pueden usarse para controlar las otras instalaciones en el lado de sotavento de la primera instalación de tal modo que no se produzcan deterioros de las otras instalaciones, quedando protegidas las mismas por lo tanto también por la valoración de los resultados de medición de la primera instalación.
Como ya se ha descrito anteriormente, en lugar de un control central 2 también puede aplicarse otro concepto de control. Este concepto puede estar realizado, por ejemplo, de tal forma que entre las instalaciones adyacentes entre instalaciones de energía eólica de una zona determinada existen comunicaciones (por radio) para la transmisión de datos pudiendo intercambiarse los datos de medición de este modo también de forma inalámbrica y sin control central entre las instalaciones de energía eólica.
También es posible que al producirse una situación de viento determinada, p.ej. en el caso de ráfagas, no sólo se ajusta la instalación concretamente afectada, sino todas las instalaciones en proximidad directa de esta instalación o instalaciones que tiene una relación geográfica determinada respecto a la instalación afectada. Según la figura 2, esto pueden ser, p.ej., también las instalaciones de energía eólica 6 que están dispuestas a la izquierda y a la derecha de la instalación afectada visto en la dirección del viento.
Si la primera instalación 4 está equipada según la figura 2 con un SODAR, la ráfaga puede medirse ya al incidir en la primera instalación de energía eólica pudiendo tomarse medidas correspondientes también en la primera instalación de energía eólica para evitar eventuales deterioros.

Claims (8)

1. Instalación de energía eólica con un sistema acústico para detectar la velocidad del viento, concretamente, con un SODAR, que está fijado en la góndola de la instalación de energía eólica y que detecta la zona delante del rotor de la instalación de energía eólica, estando fijado el SODAR en la zona del cubo del rotor de la instalación de energía eólica delante del plano de rotor del rotor de la instalación de energía eólica.
2. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque el SODAR mide las condiciones de viento delante del rotor y transmite datos de medición correspondientes a un control de la instalación de energía eólica, que cambia a su vez correspondientemente el ángulo de ataque de las palas de rotor al producirse condiciones de viento especialmente indeseadas, p.ej. al producirse ráfagas, para proteger el conjunto de la instalación de cargas indeseadas y destrucciones.
3. Parque eólico con varias instalaciones de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores 1 ó 2, con un sistema de prealerta para la protección de instalaciones de energía eólica en un parque eólico, con medios para la medición de las condiciones de viento en la zona de una primera instalación de energía eólica, siendo procesados los datos medidos por un dispositivo de control que controla la primera instalación de energía eólica y/o otra segunda instalación de energía eólica cerca de la primera instalación de energía eólica, consistiendo el control en particular en el ajuste del ángulo de ataque de la pala de rotor respecto al viento (pitch) y realizándose un ajuste del ángulo de ataque en cuanto se mida una situación de viento que ponga en peligro la primera instalación de energía eólica.
4. Parque eólico con varias instalaciones de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores 1 ó 2, transmitiéndose los datos de medición de una primera instalación de energía eólica del parque eólico, que es la primera en estar expuesta al viento, a al menos una segunda instalación de energía eólica que está dispuesta detrás de la primera instalación de energía eólica visto en la dirección del viento y controlándose en función de los datos medidos de la situación del viento en la zona de la primera instalación de energía eólica la segunda instalación de energía eólica dispuesta en el lado de sotavento de la primera instalación de energía eólica.
5. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 ó 2, con un dispositivo para detectar las condiciones de viento en la zona de la instalación de energía eólica, caracterizada por un dispositivo para enviar/recibir informaciones acerca de la velocidad de viento y/o dirección del viento a/de al menos una de las otras instalaciones de energía eólica en el parque eólico.
6. Instalación de energía eólica con un dispositivo para detectar las condiciones de viento según una de las reivindicaciones 1 ó 3 y 5, caracterizada porque el dispositivo para detectar la velocidad de viento trabaja con ondas sonoras, preferiblemente con ondas ultrasónicas, a modo de un SODAR.
7. Instalación de energía eólica según la reivindicación 6, caracterizada porque el dispositivo para detectar la velocidad del viento está dispuesta al menos en parte en la zona de la góndola de la instalación de energía eólica.
8. Instalación de energía eólica según la reivindicación 7, caracterizada porque el dispositivo para detectar la velocidad del viento detecta la velocidad del viento de forma tridimensional.
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