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