ES2523102T3 - Aparato y método para la medición de la velocidad del viento - Google Patents

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Abstract

Un aparato de plataforma flotante que comprende un dispositivo de medición de la velocidad del viento (20), que comprende un radar láser (lidar) (22) dispuesto para hacer mediciones de la velocidad del viento en uno o más volúmenes de sondas remotas de posición conocida con respecto a dicha plataforma flotante (36), los medios de detección de movimiento (26) que comprenden un sensor de rodillo, los medios de detección de movimiento que se disponen, en uso, para monitorear el movimiento de la plataforma flotante, y un medio de procesamiento (28) caracterizado porque el medio de procesamiento se dispone para compensar dichas mediciones de la velocidad del viento recibidas desde dicho lidar para los cambios en la inclinación de la plataforma que respondan a las salidas provenientes de los medios de detección de movimiento incluidas las provenientes de dicho sensor de rodillo.

Description

Aparato y método para la medición de la velocidad del viento
Esta invención se refiere a un método y un aparato para la medición de la velocidad del viento que usa un sistema 5 de radar láser para la medición de la velocidad del viento (lidar). Más particularmente, la invención se refiere a un aparato para la medición de la velocidad del viento para su uso en plataformas flotantes tales como boyas.
En la actualidad, hay mucho interés en la explotación de los recursos energéticos renovables en un intento por reducir los gases de efecto invernadero producidos por la quema de combustibles fósiles. Un tipo de fuente de 10 energía renovable que ha recibido mucha atención es la energía eólica.
Los parques eólicos con base en tierra que comprenden una serie de turbinas de viento se han usado comercialmente para producir energía durante muchos años. Sin embargo, encontrar sitios que son adecuados para tales parques eólicos ha resultado problemático, especialmente a la luz de las objeciones ambientales locales. 15 Recientemente, esto ha llevado al desarrollo de parques eólicos costa afuera donde el impacto ambiental se reduce considerablemente. Además, este tipo de parques eólicos son capaces de explotar las mayores velocidades de viento que se encuentran típicamente en el mar.
La selección de sitios costa afuera adecuados para la colocación de turbinas de viento es particularmente importante 20 para asegurar que la energía generada por la turbina es suficiente para desplazar los costos relativamente altos de construcción. Sin embargo, el proceso para determinar los sitios adecuados costa afuera se ha visto obstaculizado por una serie de problemas que no se encuentran cuando se evalúa la idoneidad de sitios con base en tierra. Por ejemplo, antes de la localización de una turbina de viento en tierra es típico registrar la velocidad del viento en el sitio propuesto por un período prolongado de tiempo (por ejemplo, doce meses o más) con el fin de asegurar que el 25 régimen de vientos es adecuado. Tales mediciones de la velocidad del viento, que se hacen preferentemente a la altura sobre el suelo en la que se encuentran los álabes de la turbina, se realizan típicamente en la tierra mediante la construcción de un mástil que porta un anemómetro mecánico o sónico adecuado. Tipos similares de mediciones han demostrado ser difíciles de realizar costa afuera.
30 Previamente se han intentado registrar los datos de velocidad del viento costa afuera mediante el uso de anemómetros mecánicos o sónicos montados en un mástil, similares a los usados en tierra. Los mástiles se han fijado directamente al fondo del mar o se han montado en plataformas flotantes, tales como barcazas o boyas. Como los álabes de las turbinas de viento costa afuera se localizan típicamente a varias decenas (posiblemente cientos) de metros por encima de la superficie del agua el mástil debería, idealmente, ser lo suficientemente alto como para 35 localizar el anemómetro convencional en una posición similar. Sin embargo, el coste de la conformación de las bases necesarias en el fondo del mar para apoyar directamente un mástil puede ser prohibitivo. Similarmente, sólo ha sido posible hacer mediciones periódicas mediante el uso de barcazas tripuladas porque el amarre de una barcaza en un sitio potencial por un largo período de tiempo es simplemente demasiado costoso. Además, la construcción de boyas suficientemente estables para llevar el mástil relativamente alto y la disposición del 40 anemómetro convencional ha demostrado ser un desafío técnico.
Más detalles sobre algunos de los problemas asociados con la recolección de datos de velocidad del viento en sitios localizados costa afuera se dan por Grainger, W., Gammidge, A, y Smith, D., en el documento titulado "Offshore wind data for wind farms", publicado en las actas de la vigésima Conferencia sobre energía eólica de la British Wind 45 Energy Association ("la energía eólica - cambiar a la energía eólica"), ISBN 1-86058-374-4.
Adicionalmente a los sistemas de anemometría convencionales montados en mástiles, se les conoce como sistemas lidar con base en tierra. Los sistemas lidar proporcionan datos de la velocidad del viento por medio de la medición del desplazamiento Doppler impartido a la luz láser que se dispersa por los aerosoles naturales (por ejemplo, el 50 polvo, el polen, las gotas de agua, etc.) presentes en el aire. Un ejemplo de sistema lidar basado en láser para CO2 se describe en Vaughan y Forrester en Wind Engineering, Vol 13, No 1, 1989, págs. 1-15; ver en particular la sección 8 del mismo. Más recientemente, se han desarrollado dispositivos lidar basados en fibra óptica de bajo costo del tipo descritos en Karlsson y otros, Applied Optics, Vol 39, No. 21, 20 de julio de 2000.
55 Los sistemas lidar miden el desplazamiento Doppler impartido a la radiación reflejada dentro de un cierto volumen de sonda remota y por lo tanto sólo pueden adquirir los datos de velocidad del viento en una dirección paralela a la del haz del láser transmitido/devuelto. En el caso de un dispositivo lidar situado en el suelo, es posible medir el verdadero vector de velocidad del viento (3D) a una distancia dada sobre el suelo mediante la exploración del lidar de una manera controlada; por ejemplo mediante el uso de una exploración cónica. Esto permite que el vector viento 60 se intersecte en un intervalo de ángulos conocidos que permite de esta manera que el verdadero vector de velocidad del viento se construya. Los sistemas lidar de exploración con base en tierra se han usado para medir el cizallamiento, turbulencia y vórtices de estela del viento durante muchos años, en aplicaciones tanto militares como civiles; por ejemplo, véase Laser Doppler Velocimetry Applied to the measurement of Local and Global Wind, J.M.Vaughan y P.A. Forrester, Wind Engineering, Vol. 13, No. 1, 1989. 65
La US 4,735,503 (Werner y otros) describe un método y un dispositivo para determinar la dirección y velocidad del viento en la atmósfera por medio de un anemómetro láser Doppler.
La US 5,872,535 (Jordan y otros) describe un aparato y un método para corregir el movimiento de la boya en los 5 estimados del momento del radar Doppler.
La publicación "High-Resolution Doppler Lidar for Boundary Layer and Cloud Research" por Grund y otros (Journal of Atmospheric and Oceanic technology, Volumen 18 págs. 376-393) describe un sistema lidar Doppler de pulso adecuado para funcionar a bordo de un buque. 10
La US 5,122,807 describe un sistema de búsqueda de dirección con compensación de movimiento.
La US 5,299,173 describe un método y aparato para la exploración sonar submarina.
15 De acuerdo con un primer aspecto de la invención, un aparato de plataforma flotante comprende un dispositivo de medición de la velocidad del viento y se caracteriza porque el dispositivo de medición de la velocidad del viento comprende un radar láser (lidar) dispuesto para hacer mediciones de la velocidad del viento en uno o más volúmenes de sondas remotas de posición conocida respecto a dicha plataforma flotante.
20 La presente invención proporciona por lo tanto un aparato de plataforma flotante (es decir, una plataforma que flota sobre el agua) que puede rápida y fácilmente desplegarse en cualquier localización deseada en una extensión de agua y puede proporcionar mediciones fiables de la velocidad del viento. Particularmente, la plataforma flotante puede desplegarse fácilmente costa afuera. La presente invención supera la necesidad de construir torres que se eleven desde el fondo del mar en las que se monten los anemómetros convencionales, y permite que los perfiles de 25 viento de los posibles sitios de parques eólicos costa afuera se evalúen a un costo mucho más bajo que antes. Además, el aparato de la presente invención no sólo satisface las necesidades de la industria de la energía eólica sino que también podría sustituir los sistemas de recogida de datos del viento que se usan, por ejemplo, en la industria del petróleo y gas y en la predicción meteorológica.
30 Ventajosamente, el dispositivo de medición de la velocidad del viento se dispone para adquirir medidas de la velocidad del viento desde volúmenes de sondas remotas en una pluralidad de posiciones de manera que puede determinarse un verdadero vector de velocidad del viento. Por ejemplo, el lidar puede comprender convenientemente un medio de exploración de haz. De esta manera, pueden proporcionarse una pluralidad de volúmenes de sondas remotas de posición conocida respecto a la plataforma. La inclusión de medios de exploración 35 es ventajosa, pero en absoluto esencial. Los medios de exploración pueden disponerse ventajosamente para hacer que el haz del láser explore de forma cónica y este enfoque puede asegurar que los datos de viento pueden registrarse incluso bajo condiciones de calma extrema. Sin embargo, si la simplicidad es importante, entonces el movimiento de la plataforma sola (por ejemplo la punta y la inclinación provocada por el movimiento de las olas) puede proporcionar una exploración de haz pasiva, que puede usarse en la mayoría de condiciones, con un 40 consumo de energía más bajo. La exploración de haz pasiva podría obviamente resultar menos útil cuando hay poco o ningún movimiento de la plataforma (por ejemplo de ola), sin embargo, esto corresponde típicamente a las ocasiones cuando hay menos viento y los datos durante tales períodos son generalmente de menor interés.
El dispositivo de medición de la velocidad del viento comprende medios de detección de movimiento que, en uso, 45 pueden controlar el movimiento de la plataforma flotante. Los medios de detección de movimiento permiten así una posición absoluta del volumen de sonda remota del lidar que puede determinarse para cada una de las mediciones de la velocidad del viento. Aquí, el término de posición absoluta es una posición en el espacio que se define con respecto a un punto fijo en la Tierra; por ejemplo una posición medida en relación al suelo o al fondo del mar. También debe tenerse en cuenta que la precisión con la que la posición relativa del volumen de sonda remota se 50 traduzca en una posición absoluta del volumen de sonda remota dependerá de la exactitud de los medios de detección de movimiento. Típicamente, la precisión de los medios de detección de movimiento debe estar alrededor de un grado en ángulo y unos pocos centímetros por segundo en velocidad (en cualquier dirección).
La presente invención proporciona así un aparato de medición de la velocidad del viento montado sobre o en una 55 plataforma flotante que puede proporcionar datos fiables sobre la velocidad del viento en posiciones absolutas en el espacio. Ventajosamente, las mediciones de velocidad del viento adquiridas desde volúmenes de sondas remotas en una pluralidad de posiciones absolutas permiten que se determine un verdadero vector de velocidad del viento en una región dada del espacio (por ejemplo en la posible localización de una turbina de viento).
60 Ventajosamente, los medios de detección de movimiento monitorizan la velocidad de la plataforma de manera que las mediciones de velocidad del viento adquiridas para uno o más volúmenes de sondas remotas pueden corregirse para cualquier velocidad relativa de la plataforma.
Los medios de detección de movimiento pueden comprender, ya sea, uno o más de un número de sensores de 65
movimiento. El tipo de sensores de movimiento usados en los medios de detección de movimiento dependerá del tipo de movimiento adoptado por la plataforma y la importancia del efecto de este movimiento en los datos que se van a adquirir. La combinación de sensores permite que la posición del volumen de sonda del lidar pueda determinarse para cada medición.
5 Convenientemente, los medios de detección de movimiento comprenden un sensor de rotación. En otras palabras, se mide la dirección de la brújula (es decir del cojinete en el cual el aparato apunta). Los medios de detección de movimiento convenientemente comprenden un sensor de rodillo, por ejemplo un sensor de rodillo de dos dimensiones. Esto permite que pueda determinarse la inclinación de la plataforma y por lo tanto la dirección del viento que se calcula. 10
Ventajosamente, los medios de detección de movimiento pueden comprender un sensor de movimiento vertical. Este sensor se usa para determinar la velocidad vertical de la plataforma de medición y por lo tanto permite que se establezca cualquier cambio en la posición vertical de la plataforma. La componente de velocidad vertical medida también puede usarse para corregir la componente vertical de la velocidad del viento medida. 15
Los medios de detección de movimiento también pueden comprender ventajosamente un sensor de traslación. Este sensor se usa para determinar la velocidad horizontal de la plataforma de medición (en dos dimensiones) que permite determinar la posición de la plataforma. La velocidad horizontal medida también puede usarse para corregir la componente horizontal de la velocidad del viento medida. 20
Un sistema de posicionamiento global (GPS) también podría proporcionarse para monitorear la posición absoluta de la plataforma. Un sensor de traslación sería generalmente innecesario si la plataforma se vio obligada a permanecer dentro de un área definida. Por ejemplo, si la plataforma a la que el aparato de medición de la velocidad del viento se unió era una boya anclada. Sin embargo, la información de posición aproximada proporcionada por los sistemas 25 actuales de GPS de bajo costo podría permitir la localización de una plataforma a la deriva para monitorearla (por ejemplo para estudios oceanográficos) o simplemente para prevenir fallas de amarre o robo. Se apreciará por una persona experta que un puede proporcionarse sensor simple para llevar a cabo la totalidad o una combinación de las funciones de los sensores descritos anteriormente. Por ejemplo, un sensor de orientación y posicionamiento único y absoluto puede usarse para la medición de rotación, rodaje, oscilación vertical y la posición si es lo 30 suficientemente preciso y asequible.
Convenientemente, los medios de procesamiento se proporcionan para recibir la salida proveniente de los medios de detección de movimiento y para calcular la posición absoluta del volumen de sonda remota de cada medición de la velocidad del viento. Adicionalmente, los medios de procesamiento pueden disponerse ventajosamente para 35 compensar la velocidad de la plataforma (medida por los medios de detección de movimiento) en el cálculo de la velocidad del viento. Preferentemente, se incluyen también medios de almacenamiento de datos.
Los medios de procesamiento y medios de almacenamiento de datos pueden proporcionarse por una computadora personal. Los datos adquiridos pueden transmitirse periódicamente a un sistema remoto a través de medios de 40 comunicación conocidos; por ejemplo GSM, satcoms, radio SW o meteorburst. Si se requieren datos más detallados entonces pueden emplearse alternativamente sistemas de comunicación con mayor ancho de banda. Información muy detallada puede almacenarse de forma local en un medio de almacenamiento magnético u óptico para su posterior recogida por un técnico de servicio.
45 Ventajosamente, el lidar es biestático. Los sistemas lidar biestáticos derivan su nombre de tener separados la transmisión y recepción óptica. Los sistemas lidar monoestáticos también son conocidos y se llaman así porque tienen común la transmisión y recepción óptica. Los haces de transmisión y recepción no paralelos de un sistema biestático son particularmente ventajosos porque pueden disponerse para intersecarse en un punto determinado y de esta manera definir con precisión el volumen de sonda remota (es decir el área en el espacio desde el cual se 50 adquieren las mediciones Doppler de velocidad del viento). Aunque el confinamiento del volumen de sonda puede conducir a una reducción en la fuerza de la señal de retorno para los objetivos distribuidos, el ruido generado por las reflexiones espurias se reduce considerablemente en comparación con los sistemas monoestáticos.
Preferentemente, el lidar se basa en fibra óptica. Por ejemplo, el lidar puede ser del tipo descrito por Karlsson y 55 otros, Applied Optics, Vol. 39, No. 21, 20 de julio de 2000. Los sistemas lidar basados en fibra son ventajosos en comparación con los sistemas basados en láser para CO2, debido a su pequeño tamaño, bajo consumo de energía y robustez.
Ventajosamente, el lidar se monta dentro de la plataforma de flotación. Una ventana transparente puede 60 proporcionarse dentro de la plataforma a través de la cual puede dirigirse el láser. Alternativamente, el aparato puede unirse a una parte externa de la plataforma. Ventajosamente, el lidar se dispone para tener una dirección de observación sustancialmente vertical.
La plataforma flotante (que también puede denominarse una plataforma de flotación) comprende convenientemente 65
una boya. El término boya es bien conocido por los expertos en la materia en el sentido de una plataforma flotante no tripulada y sin alimentación. La boya puede atarse en una posición o puede dejarse llevar por la marea. Una boya de la presente invención puede usarse costa afuera en el océano/mar o puede usarse en extensiones de agua tierra adentro tales como lagos, ríos, etc. La plataforma flotante puede comprender alternativamente cualquier plataforma que se dispone para flotar en el agua; por ejemplo, un barco, nave, etc. 5
Pueden proporcionarse además medios para limpiar el puerto de salida a través del cual se emite la radiación generada por el lidar. Por ejemplo, puede proporcionarse una escobilla o un sistema de lavado-barrido.
De acuerdo con un segundo aspecto de la invención se proporciona un método para determinar la velocidad del 10 viento en la proximidad de una plataforma flotante que comprende los medios de detección de movimiento que comprenden un sensor de rodillo, dichos medios de detección de movimiento se disponen para medir el movimiento de dicha plataforma flotante, el método que comprende las etapas de (i) tener un radar láser (lidar) unido a la plataforma flotante y (ii) usar el lidar para adquirir mediciones de la velocidad del viento a partir de uno o más volúmenes de sondas remotas de posición conocida respecto a la plataforma flotante caracterizado porque 15 comprende además la etapa de (iii) compensar dichas mediciones de velocidad del viento para los cambios en la inclinación de la plataforma flotante en respuesta a las salidas provenientes de dichos medios de detección de movimiento que incluyen los provenientes de dicho sensor de rodillo. Esto permite que se determine la posición absoluta de la medición de la velocidad del viento del volumen de sonda.
20 Convenientemente, el método también comprende la etapa adicional de (iv) adquirir las mediciones de velocidad del viento a partir de una pluralidad de volúmenes de sondas de posición conocida respecto a la plataforma móvil. Ventajosamente, el método también comprende la etapa de corregir las mediciones de velocidad del viento adquiridas para tener en cuenta la velocidad de la plataforma, medida por los medios de detección de movimiento.
25 La invención se describirá ahora, solamente a manera de ejemplo, con referencia a los siguientes dibujos en los que;
La Figura 1 muestra un sistema de anemómetro láser de exploración con base en tierra de la técnica anterior,
La Figura 2 muestra un sistema de medición de la velocidad del viento de la presente invención, 30
La Figura 3 ilustra el patrón de exploración del dispositivo mostrado en la Figura 2, y
La Figura 4 ilustra una boya que incorpora un sistema de medición de la velocidad del viento del tipo descrito con referencia a la Figura 2. 35
Con referencia a la Figura 1, se muestra un lidar 2 de la técnica anterior. El sistema lidar tiene un haz de transmisión y un haz de recepción que se superponen a fin de definir un cierto volumen de sonda en el espacio. El lidar 2 se dispone de tal manera que el volumen de sonda remota realiza una exploración cónica 4 que permite de esta manera que la velocidad del viento se intersecte en un intervalo de ángulos que permitan deducir el verdadero vector 40 de velocidad para una región en el espacio. Se conocen también otros patrones de exploración y pueden usarse para determinar el verdadero vector de velocidad del viento, siempre y cuando el intervalo y la dirección de indicación (u observación) del lidar sea siempre conocida con un grado suficiente de precisión. Tales sistemas lidar se han usado para medir el cizallamiento, turbulencia y vórtices de estela del viento durante muchos años en aplicaciones militares y civiles. 45
Para hacer fiables las mediciones de la velocidad del viento en regiones fijas en el espacio (es decir en una región fija con respecto al suelo), los sistemas lidar de la técnica anterior se aseguran en su posición y los medios de exploración se proporcionan para alterar la dirección de observación del lidar y de esta manera explorar el volumen de sonda a través de una región del espacio como se describió anteriormente. También se conoce la realización de 50 mediciones de velocidad del viento en posiciones fijas con relación a una plataforma móvil (es decir en una región que se mueve con respecto al suelo), tal como un avión.
Así, se ha asumido por los expertos en la técnica que los sistemas lidar son incapaces de proporcionar información fiable sobre la velocidad del viento de una región fija en el espacio cuando se localiza en una plataforma en 55 movimiento. En particular, la necesidad de una plataforma fija ha significado que los sistemas lidar no se han contemplado para realizar mediciones en posiciones absolutas en el espacio desde plataformas que tienen un movimiento significativo e impredecible, tales como boyas o barcazas costa afuera.
Con referencia a la Figura 2, se muestra un aparato de medición de la velocidad del viento 20 de la presente 60 invención el cual supera el requisito para el montaje del sistema lidar en una plataforma fija. El aparato 20 comprende un sistema lidar 22 que incorpora medios de exploración 24, medios de detección de movimiento 26, una computadora 28 y un sistema transmisor de datos 30.
El sistema lidar 22 tiene un intervalo fijo y emite y recibe radiaciones láser (como se indica por el haz 32) en una 65
dirección conocida con respecto al aparato 20; es conocido es decir el volumen de sonda del dispositivo con respecto al aparato 20. En este ejemplo, los medios de exploración 24 pueden explorar el haz 32 en una trayectoria cónica conocida con respecto al aparato 20. Sin embargo, el movimiento de la plataforma significa que el haz de exploración también se someterá a perturbaciones de exploración pseudoaleatorias adicionales. Por ejemplo, si el aparato se monta en una boya costa afuera la punta y la inclinación provocada por el movimiento de la ola pueda 5 alterar la ruta absoluta en el espacio que se traza por el haz 32. Esto se ilustra en la Figura 3 que muestra el patrón de exploración 34 de una boya 36 que comprende un aparato de medición de la velocidad del viento 20 del tipo descrito con referencia a la Figura 2.
Aunque se describe un lidar de intervalo fijo, también puede usarse un sistema lidar el cual incorpora los medios por 10 los cuales el intervalo (por ejemplo altura) de la sonda de medición puede variarse para permitir que se interroguen los campos de viento a distintas alturas. Esto puede conseguirse, por ejemplo, variando la posición de intersección en un sistema biestático, variando el foco en un sistema monoestático, o mediante el empleo de un sistema lidar de pulso de intervalo cerrado.
15 Anteriormente, se habría considerado necesario proporcionar algunos medios para estabilizar la plataforma (por ejemplo, tanques de lastre, etc.) o el sistema lidar (por ejemplo, proporcionando un montaje cardaneado). Sin embargo, de acuerdo con la invención, los medios de detección de movimiento 26 se disponen para medir la orientación del aparato de tal manera que se conoce la posición absoluta del volumen de sonda durante la exploración. Es entonces posible para la computadora 28 calcular el vector de viento de tres dimensiones en una 20 región del espacio a partir de las mediciones de velocidad del viento tomadas en la pluralidad de volúmenes de sonda de la posición absoluta conocida.
Los medios de exploración 24 pueden comprender un sistema típico de la técnica anterior de exploración óptico. Por ejemplo, en dependencia de la zona a explorar, podría considerarse una exploración de trama o vector que usa 25 espejos sesgados accionados con motores potentes. En el otro extremo podrían excluirse los medios de exploración totalmente confiando en cambio en, digamos, el movimiento de la ola natural para proporcionar un patrón de exploración pseudoaleatorio.
De las opciones de exploración mecánicas disponibles, tal vez el mecanismo más simple es un solo espejo o un 30 prisma óptico que gira alrededor de un solo eje. Esto haría que el haz del láser explorara de forma cónica y un enfoque de este tipo aseguraría que los datos del viento puedan registrarse incluso en condiciones de calma extrema.
Cualquier movimiento de la plataforma a la que se une el aparato de medición de la velocidad del viento obviamente 35 afectará la posición del volumen de sonda en el cual se hacen las mediciones de la velocidad del viento. En el caso de un sistema de medición del viento montado en una boya, la rotación (es decir cambio en la dirección de la brújula) y el rodaje (es decir el cambio en la inclinación) de la boya afectarán la posición de muestra de la sonda. Si se usa un sistema lidar que tiene un intervalo fijo, el movimiento vertical (es decir el desplazamiento vertical) alteraría la altura absoluta a la que se realizan las mediciones y por lo tanto puede considerarse que afecta la exactitud de los 40 datos de velocidad del viento calculados para una región en el espacio. Además, debe tenerse en cuenta que la velocidad vertical de la plataforma afectará el desplazamiento Doppler que se mide a partir de un volumen de sonda en una región dada del espacio. Sin embargo, la velocidad instantánea de movimiento de la plataforma puede medirse y usarse para corregir la velocidad medida por un volumen de sonda dado.
45 La rotación, rodaje y movimiento vertical pueden monitorearse usando varias técnicas de detección de movimiento establecidas como brújulas magnéticas, giroscopios y acelerómetros. La traslación de una boya anclada será relativamente pequeña y no afectará significativamente la posición de la sonda, pero la velocidad instantánea de la plataforma debe compensarse para proporcionar mediciones exactas de velocidad del viento horizontal. Sin embargo, para una boya a la deriva como se usa en estudios meteorológicos u oceanográficos, sería necesaria 50 alguna forma de sistema de posicionamiento. Por ejemplo, puede usarse un Sistema de Posicionamiento Global (GPS).
Los datos de cada sensor de orientación (por ejemplo rotación, rodaje, oscilación vertical y la traslación) conforman los medios de detección de movimiento 26 que alimentan la computadora 28 junto con una señal de la velocidad del 55 viento proveniente del sistema lidar 22. La computadora calcula la velocidad del viento a diferentes volúmenes de sonda y determina un vector de viento de tres dimensiones. La computadora puede configurarse para datos promedio durante períodos de muchos minutos. Alternativamente, esta puede disponerse para adquirir información detallada acerca de la estructura del viento en una escala de tiempo de decenas de milisegundos.
60 Los datos adquiridos (promediados o detallados) pueden almacenarse por la computadora 28, por ejemplo en una unidad de disco duro, y periódicamente descargarse a un sistema remoto a través del sistema transmisor de datos 30. Un receptor (no mostrado) también puede proporcionarse para recibir comandos de control para alterar el tipo de datos que se adquieren. Alternativamente, los datos pueden transmitirse continuamente a un sistema remoto y la computadora 28 puede ser de baja complejidad integral o puede sustituirse por un procesador dedicado. 65
Si el tiempo promedio de los datos se obtiene por el sistema, el sistema transmisor 30 puede comprender un sistema de comunicaciones comerciales existentes, por ejemplo GSM, satcoms, radio SW o meteorburst. Sin embargo, si también se requieren datos más detallados entonces puede necesitarse emplear sistemas de comunicación de ancho de banda superiores, pero estos también están fácilmente disponibles aunque pueden consumir más energía 5 eléctrica.
En la actualidad, los sistemas lidar basados en fibra requieren alrededor de doscientos Watts de potencia. Esto, además de la requerida para los sensores de movimiento, las luces de navegación, las comunicaciones y, posiblemente, un calentador llevará el presupuesto de energía a, tal vez, cuatrocientos Watts. Para un lidar montado 10 en una boya autónoma esta energía tendrá que generarse semicontinuamente. Existen varias opciones para generar la energía necesaria; por ejemplo solar, olas, viento, diesel/gas, celdas de combustible o baterías etc. Una combinación de tales fuentes de energía también podría usarse para proporcionar un funcionamiento continuo.
Para garantizar un funcionamiento fiable, también puede necesitarse introducir alguna forma de sistema de limpieza 15 (no mostrado) para la óptica externa (por ejemplo, una lente o ventana). Un sistema de limpieza sencillo tal como el que se usa por ejemplo en los faros de los automóviles probablemente sería adecuado para la mayoría de situaciones. Un refinamiento podría ser incluir un sistema de lavado (con la consecuente complejidad añadida de mantener un depósito apropiado de líquido de limpieza). Alternativamente, una lámina transparente simple puede desenrollarse en toda la óptica externa; al igual que los dispositivos usados por los conductores de los deportes de 20 motor para mantener una visibilidad clara en condiciones adversas. Este enfoque superaría el problema de la acumulación de sal que provoca la dispersión no deseada del haz del láser.
Con referencia finalmente a la Figura 4, se muestra una ilustración gráfica de una boya que incorpora un aparato de medición de viento desplegado delante de una turbina de viento costa afuera. Numerosos usos alternativos para el 25 aparato de medición de velocidad del viento de la presente invención serán evidentes para un experto en la técnica.

Claims (22)

  1. REIVINDICACIONES
  2. 1. Un aparato de plataforma flotante que comprende un dispositivo de medición de la velocidad del viento (20), que comprende un radar láser (lidar) (22) dispuesto para hacer mediciones de la velocidad del viento en uno o más volúmenes de sondas remotas de posición conocida con respecto a dicha plataforma flotante 5 (36), los medios de detección de movimiento (26) que comprenden un sensor de rodillo, los medios de detección de movimiento que se disponen, en uso, para monitorear el movimiento de la plataforma flotante, y un medio de procesamiento (28) caracterizado porque el medio de procesamiento se dispone para compensar dichas mediciones de la velocidad del viento recibidas desde dicho lidar para los cambios en la inclinación de la plataforma que respondan a las salidas provenientes de los medios de detección de 10 movimiento incluidas las provenientes de dicho sensor de rodillo.
  3. 2. Un aparato de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en donde el dispositivo de medición de la velocidad del viento (20) se dispone para adquirir mediciones de la velocidad del viento a partir de volúmenes de sondas remotas en una pluralidad de posiciones de manera que puede determinarse un 15 verdadero vector de velocidad del viento.
  4. 3. Un aparato de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en donde el lidar (22) tiene una dirección de observación sustancialmente vertical durante el uso.
  5. 4. Un aparato de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en donde el lidar (22) comprende además unos medios de exploración de haz (24).
  6. 5. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 4 en donde los medios de exploración del haz (24) se disponen para proporcionar una exploración cónica. 25
  7. 6. Un aparato de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el cual el radar láser se dispone para medir la velocidad del viento desde decenas hasta cientos de metros sobre el nivel del mar.
  8. 7. Un aparato de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el cual el radar láser tiene un intervalo 30 fijo.
  9. 8. Un aparato de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en donde los medios de detección de movimiento (26) comprenden un sensor de rotación y en el cual los medios de procesamiento se disponen para compensar dicha sensibilidad a la velocidad de viento a las salidas desde dicho sensor de rotación. 35
  10. 9. Un aparato de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en donde los medios de detección de movimiento (26) comprenden un sensor de movimiento vertical y en el cual los medios de procesamiento se disponen para compensar dicha sensibilidad de la velocidad de viento a las salidas de dicho sensor de movimiento vertical. 40
  11. 10. Un aparato de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en donde los medios de detección de movimiento (26) comprenden un sensor de traslación y en el cual los medios de procesamiento se disponen para compensar dicha sensibilidad a la velocidad de viento a las salidas de dicho sensor de traslación.
  12. 11. Un aparato de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en donde los medios de procesamiento (28) se proporcionan adicionalmente para recibir la salida proveniente de los medios de detección de movimiento y para calcular la posición absoluta del volumen de sonda remota de cada medición de la velocidad del viento.
  13. 12. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 11, en donde los medios de procesamiento (28) reciben la velocidad de la plataforma medida por los medios de detección de movimiento y compensan dichas mediciones de velocidad del viento para la velocidad relativa de la plataforma.
  14. 13. Un aparato de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en donde los medios de almacenamiento de 55 datos se proporcionan adicionalmente.
  15. 14. Un aparato de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en donde el lidar (22) es biestático.
  16. 15. Un aparato de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en donde el lidar (22) se basa en fibra 60 óptica.
  17. 16. Un aparato de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en donde el dispositivo de medición de la velocidad del viento se monta dentro del aparato de la plataforma flotante.
  18. 17. Un aparato de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en donde se proporcionan medios para limpiar el puerto óptico a través del cual pasa la radiación transmitida y recibida por los lidar. 5
  19. 18. Un aparato de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en donde el aparato de la plataforma flotante es una boya (36).
  20. 19. Un método para determinar la velocidad del viento en la proximidad de una plataforma flotante que 10 comprende medios de detección de movimiento (26) que comprenden un sensor de rodillo, dichos medios de detección de movimiento que se disponen para medir el movimiento de dicha plataforma flotante, el método que comprende las etapas de:
    (i) tener un radar láser (lidar) (22) unido a la plataforma flotante (36) y 15
    (ii) usar el lidar (22) para adquirir mediciones de la velocidad del viento a partir de uno o más volúmenes de sondas remotas de posición conocida respecto a la plataforma flotante caracterizado por que comprende además la etapa de:
    (iii) compensación (28) de dichas mediciones de la velocidad del viento para cambios en la inclinación de la plataforma flotante que responde a las salidas provenientes de dichos medios de detección de 20 movimiento incluidas las provenientes de dicho sensor de rodillo.
  21. 20. Un método de acuerdo con la reivindicación 16 que comprende la etapa adicional (iv) de adquirir las mediciones de velocidad del viento a partir de una pluralidad de volúmenes de sondas de posición conocida respecto a la plataforma flotante. 25
  22. 21. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 y 17 y que comprende la etapa adicional (v) de compensar las mediciones de velocidad del viento adquiridas para la velocidad relativa de la plataforma.
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