ES2366287B1 - Dispositivo para la medición de la velocidad y la dirección del viento con vistas a la implantación de aerogeneradores eólicos. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para la medición de la velocidad y la dirección del viento con vistas a la implantación de aerogeneradores eólicos, que comprende un globo (1), una plataforma (2) marítima o terrestre, un cable (3) de anclaje del globo (1) a la plataforma (2), un sensor (4) de la velocidad y la dirección del viento, que comprende un sistema de control de la altura del sensor a una altura predeterminada provisto de un altímetro, medios para variar la altura del sensor (4) y un procesador de control para actuar sobre dichos medios para variar la altura del sensor (4) en función al menos de la altura medida y la altura predeterminada, de modo que es posible reducir la dispersión de la altura en el proceso de medición.
Description
Dispositivo para la medición de la velocidad y la dirección del viento con vistas a la implantación de aerogeneradores eólicos.
La presente invención se refiere a un dispositivo de observación meteorológica para el estudio de recursos eólicos, que tiene por objeto medir la velocidad y dirección del viento, la temperatura, la humedad relativa de aire y la presión atmosférica en alturas correspondientes a los niveles típicos de los bujes de los generadores eólicos, es decir, entre 50 y 150 metros de altura y en particular es aplicable en estudios de recursos eólicos previos a la construcción de los parques eólicos terrestres y marítimos, y especialmente en alta mar.
Antecedentes de la invención
Con objeto de determinar las características del viento en alturas comprendidas entre los 50 y 150 metros sobre el nivel de terreno o del mar se emplean diferentes sistemas basados esencialmente en dos conceptos:
- -
- Instalación de torres para la colocación de instrumentos de medición in situ de variables meteorológicas en alturas predeterminadas;
- -
- Utilización de sistemas de medición por teledetección de variables meteorológicas tales como el LIDAR (Light-Imaging Detection And Ranging) o el SODAR (Sonic Detection And Ranging).
Las torres de medición conllevan un alto coste de construcción e instalación, muy especialmente en el caso de su colocación en el mar por la necesidad de construir una plataforma marina fija o flotante, que tiene un gran impacto medioambiental. Además, para este tipo de obras civiles se requieren las correspondientes autorizaciones administrativas.
La utilización de sistemas tipo LIDAR o SODAR está limitada por su elevado coste unitario y su alta complicación técnica. Además, para su colocación en emplazamientos marinos también hay que construir costosas plataformas fijas por su alta sensibilidad a la correcta nivelación que prácticamente impide su instalación en plataformas flotantes.
Como alternativa, son conocidos dispositivos para la medición de la velocidad y la dirección del viento con vistas a la implantación de aerogeneradores eólicos, que comprende un globo, una plataforma terrestre, un cable de anclaje del globo a la plataforma, un sensor de la velocidad y la dirección del viento, tales como los que se describen, por ejemplo, en la solicitud DE19908330.
Sin embargo, este dispositivo presenta el inconveniente de que la altura de los sensores es fuertemente variable y no satisface los requisitos en lo que se refiere a la precisión en la medición de características del viento.
Otros dispositivos para la medición de las características del viento se describen en ES2304086, KR20020023769 y JP59218917.
Por ello, los inventores del objeto de la presente solicitud consideran necesario disponer de un dispositivo para la medición de la velocidad y la dirección del viento con vistas a la implantación de aerogeneradores eólicos que dé solución a los inconvenientes de la técnica mencionados.
Descripción de la invención
Para ello, la presente invención propone un dispositivo para la medición de la velocidad y la dirección del viento con vistas a la implantación de aerogeneradores eólicos, que comprende un globo, una plataforma marítima o terrestre, un cable de anclaje del globo a la plataforma, un sensor de la velocidad y la dirección del viento, que se caracteriza por el hecho de que comprende un sistema de control de la altura del sensor a una altura predeterminada provisto de:
- -
- un altímetro para la determinación de la altura del sensor;
- -
- medios para variar la altura del sensor;
- -
- y un procesador de control para actuar sobre dichos medios para variar la altura del sensor en función al menos de la altura medida y la altura predeterminada,
de modo que es posible reducir la dispersión de la altura en el proceso de medición.
De este modo se pueden reducir las imprecisiones en las medidas de determinación de la velocidad del viento para que satisfagan las mínimas exigencias para que sean válidas.
Según diversas características opcionales del dispositivo de la invención: -los medios para variar la altura del sensor comprenden medios para la regulación de la longitud del cable. -los medios para variar la altura del sensor comprenden un soporte móvil motorizado soportado por el globo. -la plataforma marítima o terrestre es giratoria con respecto a un eje vertical. -los medios para la regulación de la longitud del cable comprenden un tambor de enrollamiento motorizado
montado en el globo o en la plataforma marítima o terrestre. -el altímetro es por láser o por radio. -el sistema de control de la altura comprende un doble lazo de control que actúa sobre los medios para la
regulación de la longitud del cable y el soporte móvil motorizado soportado por el globo. -el dispositivo puede comprender además un sensor de temperatura, un sensor de humedad relativa, un sensor de la presión atmosférica.
Finalmente, el sensor de la dirección del viento comprende un compás digital.
Breve descripción de los dibujos
Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan dos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representan dos casos prácticos de realización.
La figura 1 es un esquema de un dispositivo según la invención, para medidas terrestres.
La figura 2 es un esquema de un dispositivo según la invención, para medidas marítimas.
Descripción de una realización preferida
Tal como se ilustra en las figuras1y2,lainvención se refiere de manera general a un dispositivo para la medición de la velocidad y la dirección del viento con vistas a la implantación de aerogeneradores eólicos, que comprende un globo 1, una plataforma 2 marítima o terrestre, un cable 3 de anclaje del globo1ala plataforma 2, un sensor 4 de la velocidad y la dirección del viento, características ya conocidas tal como se expuso más arriba.
La presente invención se caracteriza por el hecho de que está provisto de un sistema de control que permite garantizar la precisión mínima en las medidas de las características del viento que permiten satisfacer los requisitos para que sean consideradas como válidas, y para ello comprende un sistema de control de la altura del sensor a una altura predeterminada provisto de:
- -
- un altímetro para la determinación de la altura del sensor 4;
- -
- medios para variar la altura del sensor 4;
- -
- y un procesador de control para actuar sobre dichos medios para variar la altura del sensor 4 en función al menos de la altura medida y la altura predeterminada.
De este modo, es posible reducir la dispersión de la altura en el proceso de medición.
Los medios para variar la altura del sensor 4 comprenden medios 5 para la regulación de la longitud del cable 3, situados en la plataforma, tales como un torno motorizado 5, preferentemente eléctrico.
Los medios para variar la altura del sensor 4 también pueden comprender un soporte 6 móvil motorizado soportado por el globo 1, de modo que la regulación en altura también se puede realizar sin variar la altura del globo.
Los dos medios para variar la altura, es decir variación de la longitud del cable de anclaje y variación de la altura del sensor con respecto al globo, permiten la realización de un control de altura con doble lazo.
De este modo, se pueden optimizar los parámetros de control de dos lazos, uno con una respuesta más rápida, correspondiente al de la altura del sensor con respecto al globo, y otro con una respuesta más lenta, correspondiente a la longitud del cable, con la finalidad de obtener un optimizar el consumo energético del dispositivo y la precisión en los datos.
Se prevé que la plataforma, marítima o terrestre, sea giratoria con respecto a un eje vertical, de modo que no se produzcan rozamientos o tensiones indebidas en la unión del cable con la plataforma, por lo cual comprende una parte fija 2’ y una parte giratoria 2.
Para medir la altura, se prefiere emplear un altímetro por láser o por radio.
Los datos de velocidad y dirección del viento se complementan con otros medios para determinar la energía del viento, concretamente un sensor de temperatura, un sensor de humedad relativa, un sensor de la presión atmosférica.
Asimismo, el sensor de la dirección del viento comprende un compás digital.
Por otro lado, el dispositivo comprende los siguientes componentes:
- -
- equipo de control, grabación y transmisión de datos registrados (datalogger); los datos obtenidos por datalogger pueden transmitirse para su tratamiento posterior a través de canales de radio, Internet, satélite etc.;
- -
- equipo de alimentación eléctrica 7, incluso de mini generador eléctrico eólico o solar;
- -
- luz de posicionamiento reglamentaria;
- -
- contenedor para montaje de todos los sensores y equipos de unidad de sensores que protege los equipos de las condiciones atmosféricas adversas y permite la correcta colocación y nivelación de la unidad por debajo del globo.
El dispositivo se empleará preferentemente con el siguiente procedimiento de medida es el siguiente: Los sensores de velocidad y dirección de viento, de temperatura, de humedad relativa y presión atmosférica miden con una frecuencia determinada y envían los datos correspondientes al datalogger para su grabación, transmisión y posterior tratamiento estadístico para obtener las características del viento a la altura de vuelo del globo.
Todos los datos mencionados anteriormente se pueden utilizar directamente salvo las mediciones de dirección del viento. Este dato tiene que ser recalculado porque tanto el globo cautivo como la base aérea de unidad de sensores cambia constantemente su orientación respecto al norte (magnético y verdadero) del lugar por los cambios de dirección del mismo viento que se pretende estudiar. En esta situación la dirección de viento suministrado por la veleta o el anemómetro ultrasónico es relativa a la posición del globo cautivo y no es verdadera.
Para calcular la dirección de viento verdadera se añade a la unidad de sensores una brújula (compás) digital colocada de tal manera que su marca “norte” tenga siempre la orientación de proa del conjunto del globo cautivo y unidad de sensores que, por motivos aerodinámicos, tiene tendencia a ser orientada frente al viento. La marca del “norte” de la veleta o del anemómetro ultrasónico en la unidad de sensores se coloca con la misma orientación que la brújula (compás) digital.
En este caso la dirección de viento verdadera (D) puede ser calculada a partir de los datos procedentes de la veleta
o del anemómetro ultrasónico (D1) y de la brújula (compás) digital (D2):
1)Si 0º < D1 < 180º el D=D2 ±|Declinación magnética de lugar|+ D1*;
2) Si 180º < D1 < 360º el D=D2 ±|Declinación magnética de lugar|-(360º-D1);
3) Si D1=0º=360º el D = D2 ±|Declinación magnética de lugar|.
*-La corrección con valor de “Declinación magnética de lugar” sólo se hace en el caso de que la brújula (compás) digital no haga esta corrección automáticamente.
La altura de vuelo del globo cautivo con cable de anclaje de longitud fija varía con los cambios de velocidad del viento a la altura de vuelo del globo. Con vientos fuertes la altura de vuelo del globo puede disminuir notablemente. La utilización de un altímetro digital por láser o por radio para el control de la altura de vuelo del globo cautivo permite elevar el globo cautivo con la unidad de sensores a una altura predeterminada y posteriormente mantener el globo a esa altura aumentando o disminuyendo la longitud del cable de anclaje. Esta operación puede realizarse por comandos emitidos por la unidad de sensores al equipo de control del torno eléctrico colocado en plataforma terrestre o marítima para saltar o recoger el cable de anclaje del globo.
Como alternativa a este método la plataforma aérea puede tener un dispositivo que permite mediante comandos emitidos desde la unidad de sensores subir o bajar la unidad de sensores al respeto del globo para mantener la unidad de sensores en una altura predeterminada cuando la altura de vuelo del globo se cambia por variaciones de velocidad de viento.
En el caso ilustrado en la figura 1, la plataforma de lanzamiento terrestre posee además un sistema de fijación o anclaje 9 a superficie que garantiza seguridad de plataforma aérea con vientos muy fuertes.
En el caso ilustrado en la figura 2, la plataforma de lanzamiento marítima incluye además una boya flotante 7 con sistema de fondeo 8 para su fijación al fondo marino y una luz de posicionamiento reglamentaria.
En resumen, el dispositivo de la invención permite determinar las características del viento a la altura predeterminada de vuelo del globo constantemente, 24 horas al día y 7 días a la semana, con breves interrupciones de menos de una hora en varios días para realizar las operaciones de mantenimiento rutinario del globo (control de presión de helio y su relleno, revisión de su estado, etc.) y de la unidad de sensores (recopilación de datos, recambio de baterías, etc.), y todo ello sin necesidad de construir costosas torres de medición y plataformas marítimas fijas o flotantes en alta mar.
Claims (10)
- REIVINDICACIONES1. Dispositivo para la medición de la velocidad y la dirección del viento con vistas a la implantación de aerogeneradores eólicos, que comprende un globo (1), una plataforma (2) marítima o terrestre, un cable (3) de anclaje del globo (1) a la plataforma (2), un sensor (4) de la velocidad y la dirección del viento, caracterizado por el hecho de que comprende un sistema de control de la altura del sensor a una altura predeterminada provisto de:
- -
- un altímetro para la determinación de la altura del sensor (4);
- -
- medios para variar la altura del sensor (4);
- -
- y un procesador de control para actuar sobre dichos medios para variar la altura del sensor (4) en función al menos de la altura medida y la altura predeterminada,
de modo que es posible reducir la dispersión de la altura en el proceso de medición. -
- 2.
- Dispositivo según la reivindicación anterior, en el que los medios para variar la altura del sensor (4) comprenden medios (5) para la regulación de la longitud del cable (3).
-
- 3.
- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios para variar la altura del sensor (4) comprenden un soporte (6) móvil motorizado soportado por el globo (1).
-
- 4.
- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la plataforma (2) marítima o terrestre es giratoria con respecto a un eje vertical.
-
- 5.
- Dispositivo según la reivindicación 2 en el que los medios (5) para la regulación de la longitud del cable (3) comprenden un tambor de enrollamiento motorizado montado en la plataforma (2) marítima o terrestre.
- 6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el altímetro es por láser o por radio.
-
- 7.
- Dispositivo según las reivindicaciones2y3,enelque el sistema de control de la altura comprende un doble lazo de control que actúa sobre los medios (5) para la regulación de la longitud del cable (3) y el soporte (6) móvil motorizado soportado por el globo (1).
-
- 8.
- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones, que comprende un sensor de temperatura, un sensor de humedad relativa, un sensor de la presión atmosférica.
-
- 9.
- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sensor de la dirección del viento comprende un compás digital.
OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCASN.º solicitud: 201130615ESPAÑAFecha de presentación de la solicitud: 18.04.2011Fecha de prioridad:INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA51 Int. Cl. : Ver Hoja AdicionalDOCUMENTOS RELEVANTES- Categoría
- Documentos citados Reivindicaciones afectadas
- Y
- DE 19908330 A1 (KELLER ERWIN) 31.08.2000, columna 1, línea 1 – columna 5, línea 25; figura 1. 1-9
- Y
- US 5645248 A (CAMPBELL J SCOTT) 08.07.1997, columna 2, líneas 22-26,48-52; columna 3, línea 60 – columna 16, línea 14; figuras 18-19. 1-6
- A
- CN 201247327 Y (NANJING TRAFFIC METEOROL I) 27.05.2009, Resumen y figuras de la base de datos EPODOC. Recuperado de EPOQUE. 8-9
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
- Fecha de realización del informe 29.09.2011
- Examinador B. Tejedor Miralles Página 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICANº de solicitud: 201130615CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD G01P5/00 (2006.01)G05D1/04 (2006.01) G01C5/00 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)G01P, G05D, G01CBases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOCInforme del Estado de la Técnica Página 2/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 201130615Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 29.09.2011Declaración- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 SI NO
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 SI NO
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).Base de la Opinión.-La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.Informe del Estado de la Técnica Página 3/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 2011306151. Documentos considerados.-A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.- Documento
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
- D01
- DE 19908330 A1 (KELLER ERWIN) 31.08.2000
- D02
- US 5645248 A (CAMPBELL J SCOTT) 08.07.1997
- D03
- CN 201247327 Y (NANJING TRAFFIC METEOROL I) 27.05.2009
- 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraciónReivindicación 1:Se considera como estado de la técnica más cercano el documento D01. Dicho documento divulga un aparato para medir las condiciones del viento a gran altitud, especialmente en las alturas que son relevantes para las turbinas de viento (aerogeneradores eólicos) que comprende un globo (6; D01), una plataforma terrestre (1; D01), un cable de anclaje del globo a la plataforma (5; D01), un sensor de velocidad y dirección del viento (7; D01) y comprende un sistema de control de la altura del sensor predeterminada por la longitud del cable de anclaje que se puede regular. Sin embargo, se diferencia de la primera reivindicación en que no se dispone de un altímetro ni de un procesador de control para actuar sobre los medios de variación de la altura del sensor. El efecto técnico que se consigue con dichos elementos técnicos es poder situar el globo a una altura determinada con una cierta precisión. El problema técnico planteado es como controlar la altura del globo. El documento D02 divulga un dispositivo más ligero que el aire que consta de un sistema para lograr y mantener el globo a una altura y posición determinada (figuras 18 y 19; D02) mediante un altímetro (82; D02), medios para variar la altura del sensor (80; D02) y un procesador de control para actuar sobre dichos medios (84; D02). Por lo tanto, un experto en la materia utilizaría dichas características técnicas para solucionar el problema planteado. Así la reivindicación 1 no presenta actividad inventiva según el artículo 8.1 de la ley de patentes 11/1986.Reivindicaciones dependientes 2-9:La reivindicación 2 se encuentra divulgada en el documento D01, ya que se dispone de medios para la regulación de la longitud del cable (columna 3, líneas 27-31; columna 4, líneas 36-55; D01). Por lo tanto, la reivindicación 2 no presenta actividad inventiva según el artículo 8.1 de la ley de patentes 11/1986.La reivindicación 3 hace referencia un soporte móvil motorizado por el globo. El documento D02 se describe una unidad de propulsión dentro del globo. Se diferencia en que no se trata de un soporte móvil. Sin embargo el efecto técnico que se consigue es el mismo: situar el globo a la altura deseada. El hecho de disponer dentro o fuera del globo un soporte de este tipo es una mera opción de diseño que un experto en la materia seleccionaría entre las distintas variantes constructivas existentes. Por lo tanto, la reivindicación 3 no presenta actividad inventiva según el artículo 8.1 de la ley de patentes 11/1986.La reivindicación 4 se haya contenida en el documento D01 (figura 1). Por lo tanto, la reivindicación 4 no presenta actividad inventiva según el artículo 8.1 de la ley de patentes 11/1986.La reivindicación 5 se haya descrita en el documento D01 (columna 2, líneas 57-62; columna 3, líneas 32-38; D01). Por lo tanto, la reivindicación 5 no presenta actividad inventiva según el artículo 8.1 de la ley de patentes 11/1986.La reivindicación 6 se haya contenida en el documento D02. Por lo tanto, la reivindicación 6 no presenta actividad inventiva según el artículo 8.1 de la ley de patentes 11/1986.La reivindicación 7 es una mera opción de diseño que un experto en la materia llevaría a cabo sin ayuda de la actividad inventiva, pues se trata del diseño de funcionamiento del sistema de control. Por lo tanto, dicha reivindicación no presenta actividad inventiva según el artículo 8.1 de la ley de patentes 11/1986.Las reivindicaciones 8 y 9 son elementos conocidos y ampliamente utilizados en las estaciones meteorológicas. Se cita como ejemplo el documento D03. Por lo tanto, dicha reivindicación no presenta actividad inventiva según el artículo 8.1 de la ley de patentes 11/1986.Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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| FG2A | Definitive protection |
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