ES2928722T3 - Procedimientos de rotación de un buje de una turbina eólica - Google Patents

Procedimientos de rotación de un buje de una turbina eólica Download PDF

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Abstract

En un primer aspecto, se proporciona un sistema para hacer girar un aerogenerador de accionamiento directo desequilibrado. El sistema comprende un convertidor auxiliar y una fuente de energía acoplada al convertidor auxiliar, en el que el convertidor auxiliar está configurado para suministrar una corriente al generador de turbina eólica para generar un par para girar el cubo. En otro aspecto, se proporciona un método para girar un cubo desequilibrado de una turbina eólica de transmisión directa. En otro aspecto más, se proporciona un método para instalar una pala en un cubo de una turbina eólica de transmisión directa. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimientos de rotación de un buje de una turbina eólica
[0001] La presente divulgación se refiere a procedimientos de rotación de un buje de una turbina eólica y a sistemas para la rotación de un buje.
ANTECEDENTES
[0002] Las turbinas eólicas modernas se utilizan habitualmente para suministrar electricidad a la red eléctrica. Las turbinas eólicas de este tipo constan generalmente de una torre y de un rotor dispuesto en la torre. El rotor, que suele estar formado por un buje y una pluralidad de palas, se pone en rotación bajo la influencia del viento sobre las palas. Dicha rotación genera un par que normalmente se transmite a través de un eje del rotor a un generador, ya sea directamente ("accionado directamente") o mediante el uso de una caja de engranajes. De este modo, el generador produce electricidad que puede ser suministrada a la red eléctrica.
[0003] Cuando se montan las turbinas eólicas, generalmente se construye primero la torre. A continuación, la góndola, que suele contener el generador y la caja de engranajes (si la hay), se suele montar en la parte superior de la torre. A continuación, se puede izar y montar el buje. Por último, las palas se elevan una a una desde el nivel del suelo hacia el buje de rotor y se montan en él. En un procedimiento alternativo, una o varias palas pueden estar premontadas con el buje y ser izadas junto con éste. El buje comprende una pluralidad de bridas de montaje anulares con aberturas. La pala comprende una pluralidad de elementos de fijación, como pernos, o pasadores o espárragos en la raíz de pala. Durante la instalación, estos elementos de fijación deben encajarse en las aberturas de las bridas de montaje.
[0004] La instalación de las palas de las turbinas eólicas se ha convertido en una tarea cada vez más difícil debido a la tendencia general a aumentar considerablemente el tamaño y el peso de las turbinas modernas.
[0005] Las palas pueden instalarse de diversas maneras, por ejemplo, de forma sustancialmente vertical o sustancialmente horizontal o en otros ángulos inclinados. Sin embargo, estos procedimientos requieren la rotación del buje entre el montaje de una pala y otra para orientar las bridas de montaje del buje hacia la dirección de la pala durante la fijación de la conexión. Para posicionar correctamente el buje, se requiere un par de torsión para girar el rotor de la turbina eólica tras el montaje de una pala con el fin de montar la siguiente. Cuando no se han montado todas las palas en el buje, éste no está equilibrado, por lo que el peso de una o varias palas tiene que ser soportado hacia arriba al girar el buje. El par de torsión correspondiente puede ser, por tanto, muy elevado.
[0006] El par de torsión puede suministrarse utilizando la caja de engranajes (cuando está presente) con una fuente de potencia externa para hacer girar el rotor. Este sistema puede utilizarse en combinación con un pasador de bloqueo para mantener el rotor en la posición deseada para su instalación. Esto no es posible en el caso de las turbinas eólicas de accionamiento directo, ya que no hay ninguna caja de engranajes entre el rotor y el generador. Aunque el generador puede ser adecuado para funcionar como motor, generalmente no será capaz de proporcionar el par necesario para hacer girar el buje, especialmente cuando éste está desequilibrado, es decir, cuando se ha montado al menos una pala, pero no todas. En la solicitud de patente publicada EP 2574774A1 se ofrece un ejemplo.
[0007] Las turbinas eólicas incluyen un convertidor o inversor para convertir la potencia generada por el generador y hacerla compatible con la red eléctrica. En teoría, el convertidor de la turbina eólica podría ser adecuado para convertir la potencia de la fuente de potencia externa para hacer funcionar el generador como un motor. Sin embargo, para proporcionar un par suficiente para hacer girar el buje, la corriente suministrada por el convertidor al generador de turbina eólica debe ser muy alta. Además, la tensión y la frecuencia deben ser muy bajas.
[0008] Por estas razones, los convertidores de las turbinas eólicas no son adecuados en la práctica para proporcionar un par suficiente para hacer girar el buje. Para mejorar las capacidades del regulador de la turbina eólica para aumentar la corriente suministrada al generador, el convertidor debe rediseñarse por completo. Este rediseño puede implicar un sobredimensionamiento del convertidor de la turbina eólica, lo que puede producir un coste y un peso adicionales. Además, como los rangos de trabajo de los parámetros eléctricos de esos convertidores sobredimensionados son más amplios, la eficiencia del convertidor sobredimensionado cuando la turbina eólica está generando potencia puede verse penalizada. Por lo tanto, la eficiencia de la turbina eólica puede verse reducida.
[0009] La presente divulgación proporciona ejemplos de sistemas y procedimientos que resuelven, al menos parcialmente, algunos de los inconvenientes mencionados.
RESUMEN
[0010] En un primer aspecto, se proporciona un procedimiento para hacer girar un buje desequilibrado de una turbina de accionamiento directo Z según la reivindicación 10. El procedimiento comprende proporcionar un convertidor auxiliar y una estructura que soporta el convertidor auxiliar, montar la estructura en la turbina eólica, acoplar el convertidor auxiliar a un generador de turbina eólica, suministrar potencia desde una fuente de potencia al convertidor auxiliar y suministrar una corriente desde el convertidor auxiliar al generador de turbina eólica para generar un par motor para hacer girar el buje desequilibrado.
[0011] En este aspecto, el convertidor auxiliar puede estar especialmente configurado para convertir la potencia proporcionada por la fuente de potencia en una corriente adecuada suministrada al generador de turbina eólica que genere un par de torsión para hacer girar el buje desequilibrado. Por lo tanto, el convertidor "normal" de la turbina eólica puede estar diseñado únicamente para controlar la potencia que se suministra a la red eléctrica.
[0012] Además, como la estructura soporta el convertidor auxiliar, éste puede ser más fácil de elevar y montar en la turbina eólica. Como resultado, puede reducirse el tiempo de transporte del convertidor auxiliar de una turbina eólica a otra. De este modo, las costosas grúas y barcazas de elevación pueden utilizarse de forma más eficiente, lo que puede representar un importante ahorro de costes en una instalación en alta mar. Además, como el convertidor auxiliar se coloca cerca del generador, el control de la rotación del rotor del generador puede ser más sencillo.
[0013] En otro aspecto, se proporciona un aparato para hacer girar un buje de turbina eólica de accionamiento directo desequilibrado según la reivindicación 1. El sistema comprende un convertidor auxiliar configurado para ser acoplado a un generador de turbina eólica de accionamiento directo, y configurado para ser acoplado a una fuente de potencia, y una estructura que soporta el convertidor auxiliar y está configurada para ser soportada temporalmente por la turbina eólica de accionamiento directo. El convertidor auxiliar está configurado para suministrar una corriente al generador de turbina eólica para generar un par de torsión para hacer girar el buje de la turbina eólica de accionamiento directo cuando el buje está desequilibrado.
[0014] Según este aspecto, el aparato para hacer girar el buje puede montarse rápidamente en la turbina eólica. El tiempo de instalación puede así reducirse. El convertidor auxiliar del aparato puede así proporcionar la corriente necesaria para hacer girar el buje del rotor de una turbina eólica de accionamiento directo cuando el buje está desequilibrado.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0015] A continuación se describirán ejemplos no limitantes de la presente divulgación, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 ilustra una vista en perspectiva de una turbina eólica según un ejemplo;
La figura 2 ilustra una vista interna y detallada de una góndola de una turbina eólica según un ejemplo;
La figura 3 ilustra un aparato para hacer girar un buje desequilibrado de una turbina eólica de accionamiento directo según un ejemplo;
La figura 4 ilustra esquemáticamente la conexión eléctrica entre la fuente de potencia y el generador de turbina eólica de accionamiento directo según un ejemplo;
La figura 5 ilustra esquemáticamente un sistema para hacer girar un buje desequilibrado de una turbina eólica de accionamiento directo según otro ejemplo;
La figura 6 ilustra esquemáticamente un convertidor auxiliar y una fuente de potencia montados en una turbina eólica de accionamiento directo según un ejemplo;
La figura 7 ilustra esquemáticamente un convertidor auxiliar y un primer transformador montados en una turbina eólica de accionamiento directo según un ejemplo;
La figura 8 es un diagrama de flujo de un procedimiento de rotación de un buje desequilibrado de una turbina eólica de accionamiento directo según un ejemplo;
La figura 9 es un diagrama de flujo de un procedimiento de instalación de una pala de turbina eólica en un buje de un aerogenerador de accionamiento directo según un ejemplo.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS EJEMPLOS
[0016] En estas figuras se han utilizado los mismos signos de referencia para designar los elementos coincidentes.
[0017] La figura 1 ilustra una vista en perspectiva de un ejemplo de turbina eólica 1. Como se muestra, la turbina eólica 1 incluye una torre 2 que se extiende desde una superficie de apoyo 3, una góndola 4 montada en la torre 2 y un rotor 5 acoplado a la góndola 4. El rotor 5 incluye un buje giratorio 6 y al menos una pala de rotor 7 acoplada y que se extiende hacia el exterior desde el buje 6. Por ejemplo, en el ejemplo ilustrado, el rotor 5 incluye tres palas de rotor 7. Sin embargo, en una realización alternativa, el rotor 5 puede incluir más o menos de tres palas 7. Cada pala de rotor 7 puede estar separada del buje 6 para facilitar la rotación del rotor 5 y permitir que la energía cinética se transfiera del viento a energía mecánica utilizable y, posteriormente, a energía eléctrica. Por ejemplo, el buje 6 puede estar acoplado de forma giratoria a un generador eléctrico 10 (figura 2) situado dentro de la góndola 4 o que forma parte de la góndola para permitir la producción de energía eléctrica. En este ejemplo, la turbina eólica es una turbina eólica terrestre, en otros ejemplos puede ser una turbina eólica marina.
[0018] La figura 2 ilustra una vista interna simplificada de un ejemplo de góndola 4 de una turbina eólica de accionamiento directo 1. Como se muestra, el generador 10 puede estar dispuesto dentro de la góndola 4 o entre la góndola 4 y el rotor 5. En general, el generador 10 puede estar acoplado al rotor 5 de la turbina eólica 1 para generar potencia eléctrica a partir de la energía de rotación generada por el rotor 5. Por ejemplo, el rotor 5 de la turbina eólica puede incluir un buje 6 acoplado a un rotor 12 del generador 10 para su rotación. La rotación del buje 6 puede así impulsar el rotor 12 del generador 10.
[0019] En la figura 2, el rotor de la turbina eólica 5 puede estar montado de forma giratoria en un bastidor de soporte 9 mediante dos rodamientos de rotor 8. En otros ejemplos, el bastidor de soporte 9 puede no extenderse a través del buje 6 y, por lo tanto, el rotor puede estar soportado por un único rodamiento de rotor 8, comúnmente llamado rodamiento principal.
[0020] El generador 10 puede comprender un rotor 12 y un estator 13. El estator puede estar montado de forma rígida en el bastidor de soporte 9. El rotor puede estar montado de forma giratoria en el estator a través de un rodamiento de generador 14, de manera que el rotor pueda girar con respecto al estator alrededor de un eje.
[0021] El generador 10 puede estar acoplado eléctricamente al convertidor 20. El convertidor de la turbina eólica 20 puede adaptar la potencia eléctrica de salida del generador a los requisitos de la red eléctrica. En este ejemplo, el convertidor 20 está colocado en el interior de la góndola 4, sin embargo, en otros ejemplos puede colocarse en otros lugares de la turbina eólica, por ejemplo, en la parte superior de la torre o en la parte inferior de la misma. En las grandes turbinas eólicas marinas, el convertidor puede ser de media tensión, por ejemplo, con una tensión nominal de entre 2kV y 5kV, para reducir las pérdidas eléctricas y los costosos cables.
[0022] La góndola 4 también puede tener una helisuperficie ("helipad”) 19. La helisuperficie 19 es una zona de aterrizaje o plataforma para helicópteros. La helisuperficie puede incluir una estructura de soporte que proporcione rigidez a la zona de aterrizaje. La helisuperficie 19 puede estar conectado al bastidor principal 9 y, por lo tanto, las cargas soportadas por la helisuperficie pueden transferirse al bastidor principal 9 y, en consecuencia, a la torre.
[0023] La figura 3 ilustra un aparato 30 para hacer girar un buje desequilibrado de una turbina eólica de accionamiento directo según un ejemplo. El aparato según este ejemplo comprende un convertidor auxiliar 40 configurado para ser acoplado a un generador de turbina eólica de accionamiento directo, y configurado para ser acoplado a una fuente de potencia acoplada al convertidor auxiliar (no ilustrada en la figura 3) y una estructura 50 que soporta el convertidor auxiliar 40.
[0024] La fuente de potencia (no ilustrada en la figura 3) puede ser un grupo generador de combustible, una batería o una red eléctrica. En algunos ejemplos, la fuente de potencia puede estar dispuesta en la misma estructura 50 o relativamente cerca del convertidor auxiliar 50. De este modo, se pueden reducir las pérdidas eléctricas.
[0025] La estructura 50 está configurada para ser soportada temporalmente por la turbina eólica. En algunos de estos ejemplos, la estructura puede estar configurada para ser montada temporalmente en la parte superior de la torre de la turbina eólica de accionamiento directo, por ejemplo, en la góndola o en una helisuperficie. En este ejemplo, la estructura es una plataforma que puede estar montada, por ejemplo, apoyada, en la helisuperficie. En otros ejemplos, la estructura puede estar configurada para ser montada en otras partes de la turbina eólica, por ejemplo, en la base de la torre. La estructura puede estar provista de elementos de fijación para conectar la estructura a la turbina eólica, por ejemplo, al bastidor principal de la turbina eólica. De este modo, la estructura puede proporcionar rigidez y protección al convertidor auxiliar. Según este aspecto, el convertidor auxiliar puede ser sustentado de forma segura y rápida desde una barcaza.
[0026] El convertidor auxiliar está configurado para suministrar una corriente al generador de turbina eólica a fin de generar un par suficiente para hacer girar el buje. La potencia suministrada por la fuente de potencia puede ser adaptada por el convertidor auxiliar para suministrar una corriente elevada con una tensión baja al generador que actúa como motor. El convertidor auxiliar puede suministrar potencia para motorizar el generador con una corriente superior a 1500 A, concretamente superior a 2000 A, y más específicamente superior a 2500 A, y una tensión baja, por ejemplo entre 50 V y 600 V. La frecuencia puede estar comprendida entre 0,1 Hz y 10 Hz. Estos valores permiten al generador hacer girar el buje, es decir, compensar las fuerzas gravitatorias que actúan sobre las palas cuando el buje está desequilibrado. Como la tensión y la frecuencia proporcionadas por el convertidor auxiliar pueden ser relativamente bajas, la velocidad de rotación del rotor del generador es baja y el control de la posición del rotor (y, por consiguiente, del buje) puede ser más preciso. Los convertidores normales de las turbinas eólicas no suelen proporcionar estos valores eléctricos.
[0027] En algunos ejemplos, la corriente que puede suministrar el convertidor auxiliar puede ser superior al 150% de la corriente nominal del convertidor de la turbina eólica, es decir, del convertidor para suministrar la energía captada del viento a la red eléctrica. En algunos ejemplos, el convertidor auxiliar puede estar configurado para suministrar una corriente superior al 200% de la corriente nominal del convertidor de la turbina eólica.
[0028] La intensidad o corriente es proporcional al par y el par necesario para hacer girar el buje depende del peso de las palas y de su longitud. Así, las palas pesadas y largas pueden requerir un par de torsión mayor.
[0029] En algunos ejemplos, el convertidor auxiliar puede incluir un controlador configurado para ser acoplado al controlador de la turbina eólica para controlar la rotación del buje. En otros ejemplos, el controlador del convertidor auxiliar puede controlar la posición angular del buje sin estar conectado al controlador de la turbina eólica. De este modo, el controlador puede recibir la posición angular del rotor del generador desde un codificador.
[0030] El controlador del convertidor auxiliar puede incluir uno o varios procesadores y dispositivos de memoria asociados, configurados para realizar una serie de funciones implementadas por ordenador (por ejemplo, realizar los procedimientos, etapas, cálculos y similares y almacenar los datos pertinentes, tal y como se describe en el presente documento) de acuerdo con cualquiera de los procedimientos aquí descritos. Según este aspecto, el controlador puede realizar varias funciones diferentes, como recibir, transmitir y/o ejecutar señales de control, por ejemplo, modificar los parámetros eléctricos de la potencia suministrada al generador para variar el par o la velocidad de rotación.
[0031] El controlador también puede incluir un módulo de comunicaciones para facilitar las comunicaciones entre el controlador auxiliar y el generador de turbina eólica y/o el controlador de la turbina eólica. Además, el módulo de comunicaciones puede incluir una interfaz de sensor (por ejemplo, uno o más convertidores analógico-digitales) para permitir que las señales transmitidas desde uno o más sensores se conviertan en señales que puedan ser entendidas y procesadas por los procesadores. Debe apreciarse que los sensores pueden estar acoplados comunicativamente al módulo de comunicaciones utilizando cualquier medio adecuado como, por ejemplo, una conexión por cable o una conexión inalámbrica. Como tal, el procesador puede estar configurado para recibir una o más señales de los sensores. De este modo, un sensor puede ser un codificador dispuesto en el generador para controlar la posición angular del rotor del generador.
[0032] Tal y como se utiliza en el presente documento, el término "procesado r no sólo se refiere a los circuitos integrados mencionados en la materia como incluidos en un ordenador, sino también a un controlador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador lógico programable (PLC), un circuito integrado de aplicación específica y otros circuitos programables. El procesador también está configurado para calcular algoritmos de control avanzados y comunicarse con una variedad de protocolos basados en Ethernet o en serie (Modbus, OPC, CAN, etc.). Además, el o los dispositivos de memoria pueden comprender elementos de memoria que incluyan, entre otros, un medio legible por ordenador (por ejemplo, una memoria de acceso aleatorio (RAM)), un medio no volátil legible por ordenador (por ejemplo, una memoria flash), un disquete, una memoria de sólo lectura de disco compacto (CD-ROM), un disco magneto-óptico (MOD), un disco versátil digital (DVD) y/o otros elementos de memoria adecuados. Dicho(s) dispositivo(s) de memoria puede(n) estar configurado(s) para almacenar instrucciones adecuadas legibles por ordenador que, cuando son implementadas por el(los) procesador(es), configuran el controlador para realizar las diversas funciones descritas en el presente documento.
[0033] En algunos ejemplos, el convertidor auxiliar y un convertidor de turbina eólica pueden utilizarse conjuntamente para hacer girar el buje. Las corrientes del convertidor auxiliar y del convertidor de la turbina eólica pueden suministrarse al generador. En algunos ejemplos, estas corrientes pueden combinarse antes de ser suministradas al generador. En algunos ejemplos, la corriente del convertidor auxiliar puede estar acoplada a algunos devanados del estator del generador y la corriente del generador de turbina eólica puede estar acoplada a otros devanados.
[0034] En los ejemplos de utilización conjunta del convertidor auxiliar y del convertidor de la turbina eólica, el controlador del convertidor auxiliar puede comunicarse con el controlador de la turbina eólica. El convertidor auxiliar y el convertidor de la turbina eólica pueden así cooperar para suministrar una corriente suficiente necesaria para hacer girar el buje de la turbina eólica. Un aspecto de la utilización conjunta del convertidor auxiliar y del convertidor principal para proporcionar el par suficiente para hacer girar un buje desequilibrado es que los requisitos en términos de capacidad de corriente del convertidor auxiliar pueden ser menores.
[0035] La figura 4 ilustra esquemáticamente la conexión eléctrica entre la fuente de potencia 60 y el generador 10 de la turbina eólica de accionamiento directo según un ejemplo. El convertidor auxiliar 40 puede incluir un lado de potencia 41 acoplado a la fuente de potencia 60 a través de los cables eléctricos 71 y un lado de generador 42 acoplado al generador 10 a través de los cables eléctricos 72.
[0036] El lado de generador 42 puede comprender una pluralidad de IGBT's 45 (Transistor Bipolar de Puerta Aislada). Los módulos de pluralidad de IGBT's 45 pueden estar dispuestos en paralelo para aumentar la intensidad proporcionada por el convertidor al generador. En este ejemplo, el lado de potencia 41 puede comprender una pluralidad de diodos 46. En este ejemplo, el lado de potencia 41 es, por tanto, unidireccional. En otros ejemplos, en lugar de diodos, el lado de potencia puede incluir IGBT's que lo hacen bidireccional. Los IGBT pueden incluirse en el lado de potencia 41, por ejemplo, cuando la fuente de potencia es la red eléctrica.
[0037] El convertidor auxiliar 40 puede comprender además un enlace de CC 43 y un troceador de frenado (“braking chopper”) 44 para aislar el lado de potencia 41 y el lado de generador 42. Cuando el rotor del generador comienza a girar, el generador de turbina eólica puede actuar como un motor y, por tanto, puede consumir energía. Sin embargo, cuando el rotor del generador empieza a frenar porque el buje se acerca a la posición angular deseada, el generador puede dejar de consumir energía. Así, el exceso de energía puede ser quemado por el troceador de frenado 44.
[0038] La figura 5 ilustra esquemáticamente un sistema 30 para hacer girar un buje desequilibrado de una turbina eólica de accionamiento directo según otro ejemplo. El sistema de la figura 5 puede comprender un convertidor auxiliar 40 y una fuente de potencia 60. En este ejemplo, la fuente de potencia 60 puede incluir un grupo generador de combustible, y específicamente la estructura 50 soporta el grupo generador de combustible. Por lo tanto, el convertidor auxiliar 40 y la fuente de potencia 60 están montados en la misma estructura 50. El sistema 30 puede ser elevado hasta la parte superior de la torre, por ejemplo, la góndola o la helisuperficie, conjuntamente. Además, el convertidor auxiliar 40 y la fuente de potencia 60 pueden estar acoplados eléctricamente antes de ser montados en la parte superior de la torre. Esto puede reducir aún más los costes de instalación.
[0039] En algunos ejemplos, la estructura 50 puede comprender una base 51 y una pluralidad de barras 52 que proporcionan rigidez a la estructura y definen el espacio interno de la misma. La estructura puede 50 puede comprender una estructura de celosía. En otros ejemplos, la estructura puede ser un contenedor, por ejemplo, un contenedor de transporte.
[0040] En algunos ejemplos, la estructura 50 puede comprender dos pisos superpuestos. El convertidor auxiliar 40 puede estar dispuesto en una planta y la fuente de potencia 60, por ejemplo un grupo generador de combustible, puede estar dispuesta en otra planta.
[0041] En algunos otros ejemplos, el sistema 30 puede comprender un primer transformador acoplado entre la fuente de potencia y el convertidor auxiliar, y específicamente la estructura puede soportar el primer transformador. De este modo, la fuente de potencia puede estar dispuesta aparte del convertidor auxiliar, por ejemplo, en un buque. La estructura puede ser conforme a cualquiera de los ejemplos aquí descritos.
[0042] En estos ejemplos, el primer transformador puede estar configurado para reducir la tensión suministrada por la fuente de potencia, concretamente de una tensión media a una baja. De este modo, la potencia de la fuente de potencia al convertidor puede transportarse en media tensión, por ejemplo, superior a 1 kV, y, como consecuencia, las pérdidas eléctricas pueden reducirse. En algunos de estos ejemplos, la fuente de potencia puede ser una red eléctrica de media tensión.
[0043] El sistema puede comprender además un segundo transformador acoplado entre el primer transformador y la fuente de potencia. El segundo transformador puede estar dispuesto aparte del primer transformador y del convertidor auxiliar. En algunos de estos ejemplos, la fuente de potencia puede incluir un grupo generador de combustible. En estos ejemplos, el segundo transformador puede estar configurado para elevar la tensión suministrada por la fuente de potencia, concretamente de una tensión baja (inferior a 1kV) a una tensión media (superior a 1kV). El primer transformador puede estar configurado para reducir la tensión suministrada desde el segundo transformador, concretamente de una tensión media a una baja. Con esta configuración, no es necesario montar el grupo generador de combustible en la parte superior de la torre, por ejemplo, en la helisuperficie o en la góndola. Por lo tanto, se puede reducir el peso que debe soportar la turbina eólica. La fuente de potencia y/o el segundo transformador pueden disponerse en una barcaza o en una plataforma de los cimientos de la turbina eólica.
[0044] La figura 6 ilustra esquemáticamente un convertidor auxiliar 40 y una fuente de potencia 60 montados en una turbina eólica de accionamiento directo 1 según un ejemplo. La turbina eólica de accionamiento directo 1 puede estar montada sobre una estructura de cimentación 21, por ejemplo, una cubierta. La turbina eólica 1 puede comprender una plataforma 22 para acceder a la turbina eólica desde un barco. La plataforma 22 está situada por encima del nivel del mar 92. Un barco elevador 90 puede incluir una grúa 91 para la elevación del convertidor auxiliar 40 y de la estructura 50. La grúa 91 también puede utilizarse para la elevación de las palas 7 y la fuente de potencia 60.
[0045] En estos ejemplos, el convertidor auxiliar 40 y la fuente de potencia 60 pueden estar soportados por una estructura 50 montada en la parte superior de la torre, por ejemplo, en la góndola, en la góndola o en la helisuperficie 19. En otros ejemplos, el convertidor auxiliar puede estar soportado por una primera estructura y la fuente de potencia por una segunda estructura. En algunos ejemplos, la estructura 50 puede estar conectada a la helisuperficie 60 o al bastidor principal de la turbina eólica que lo soporta.
[0046] La fuente de potencia 60 y el primer convertidor auxiliar 40 pueden conectarse antes de su elevación desde el buque elevador 90 hasta la helisuperficie 19 con la grúa 91. De lo contrario, pueden conectarse después de ser montados en la parte superior de la torre, por ejemplo, en la helisuperficie. En algunos de estos ejemplos, la fuente de potencia 60 puede ser un grupo generador de combustible.
[0047] El convertidor auxiliar puede estar acoplado eléctricamente al generador 10 de la turbina eólica mediante cables 72. En estos ejemplos, dado que el convertidor auxiliar 40 está adyacente o próximo al generador 10 de la turbina eólica, los cables 72 son relativamente cortos. El hecho de que el convertidor auxiliar 40 esté adyacente al generador de turbina eólica 10 mejora el control de la posición del rotor del generador, y en consecuencia del buje, y minimiza las pérdidas eléctricas.
[0048] La figura 7 ilustra esquemáticamente un convertidor auxiliar 40 y un primer transformador 81 montados en una turbina eólica de accionamiento directo 1 según un ejemplo. La grúa 91 del buque elevador 90 puede elevar el convertidor auxiliar 40 y la estructura 50. La grúa 91 también puede utilizarse para la elevación de las palas 7 y del primer transformador 81.
[0049] En estos ejemplos, el convertidor auxiliar 40 y el primer transformador pueden estar soportados por una estructura 50 montada en la parte superior de la torre, por ejemplo, en la góndola, en la góndola o en la helisuperficie 19. En otros ejemplos, el convertidor auxiliar puede estar soportado por una primera estructura y el primer transformador 81 por una segunda estructura. En algunos ejemplos, la estructura 50 puede estar conectada la helisuperficie 60 o al bastidor principal de la turbina eólica que lo soporta.
[0050] El primer transformador 81 y el primer convertidor auxiliar 40 pueden conectarse antes de su elevación desde el buque elevador 90 hasta la parte superior de la torre, por ejemplo, la helisuperficie 19, con la grúa 91. De lo contrario, pueden conectarse después de ser montados en la parte superior de la torre.
[0051] El convertidor auxiliar puede estar acoplado eléctricamente al generador 10 de la turbina eólica mediante cables 72.
[0052] En estos ejemplos, la fuente de potencia 60 puede estar situada en la embarcación 90. Según este aspecto, como la fuente de potencia 60 puede ser más pesada que el primer transformador 81, el peso soportado por la góndola, por ejemplo por la helisuperficie, es menor que en los ejemplos en los que la fuente de potencia está montada en la góndola (figura 6).
[0053] También puede haber un segundo transformador 82 en el buque 90. El segundo transformador 82 puede estar acoplado a la fuente de potencia 60, por ejemplo, un grupo generador de combustible. El segundo transformador 82 y el primer transformador 81 pueden estar acoplados a través de los cables eléctricos 71. En estos ejemplos, el segundo transformador puede estar configurado para elevar la tensión suministrada por la fuente de potencia, concretamente de una tensión baja (inferior a 1kV) a una tensión media (superior a 1kV). El primer transformador puede estar configurado para reducir la tensión suministrada desde el segundo transformador, concretamente desde una tensión media a una baja. De este modo, la potencia de la fuente de potencia al convertidor puede transportarse en media tensión, por ejemplo, superior a 1 kV y, en consecuencia, pueden reducirse las pérdidas eléctricas.
[0054] En estos ejemplos, el segundo transformador 82 y la fuente de potencia 60 pueden estar montados en el buque de elevación 90. Sin embargo, en otros ejemplos, el segundo transformador 82 y la fuente de potencia 60 pueden montarse alternativamente en la plataforma 22.
[0055] La figura 8 es un diagrama de flujo de un procedimiento de rotación 100 de un buje desequilibrado de una turbina eólica de accionamiento directo según un ejemplo.
[0056] El bloque 101 representa la provisión de un convertidor auxiliar y una estructura que soporta el convertidor auxiliar. El convertidor auxiliar y la estructura pueden ser sustentados por una grúa instalada en un buque.
[0057] El montaje de la estructura en la turbina eólica se representa en el bloque 102. La estructura que soporta el convertidor auxiliar puede montarse en la parte superior de la torre de la turbina eólica, por ejemplo, en la góndola o en la helisuperficie. En algunos ejemplos, montar la estructura en la turbina eólica puede incluir montar la estructura en una helisuperficie de la turbina eólica. Montar la estructura con el convertidor auxiliar en la góndola, por ejemplo en la helisuperficie, puede comprender la conexión de la estructura a la estructura principal de la góndola y/o a la estructura de la helisuperficie.
[0058] El bloque 103 representa el acoplamiento del convertidor auxiliar a un generador de turbina eólica mediante, por ejemplo, cables eléctricos.
[0059] El bloque 104 representa el suministro de potencia desde una fuente de potencia al convertidor auxiliar. La fuente de potencia puede ser un grupo generador de combustible y puede suministrarse a baja tensión. Un grupo generador de combustible puede utilizarse para hacer girar el buje necesario para instalar las palas en entornos de alta mar, ya que la red eléctrica puede no estar disponible durante la construcción del parque eólico.
[0060] Como alternativa, la fuente de potencia puede ser la red eléctrica. En estos ejemplos, el buje puede girar para desmontar una pala dañada de la pala. En estos ejemplos, una pala dañada, por ejemplo, rota por un rayo, puede desequilibrar el buje. Por lo tanto, para colocar el buje en una posición en la que la pala dañada pueda desconectarse fácilmente del buje, por ejemplo, en una posición sustancialmente vertical, el buje tiene que girar. Como la turbina eólica está conectada a la red eléctrica, ésta puede utilizarse como fuente de potencia para motorizar el generador de turbina eólica. En algunos ejemplos, la red eléctrica puede estar disponible durante la construcción del parque eólico y, por tanto, la red eléctrica puede utilizarse como fuente de potencia.
[0061] El bloque 105 representa el suministro de una corriente desde el convertidor auxiliar al generador de turbina eólica para generar un par de torsión para hacer girar el buje desequilibrado. La potencia suministrada desde el convertidor auxiliar tiene una corriente que permite al generador crear un par suficiente para hacer girar el buje desequilibrado.
[0062] En algunos ejemplos, el procedimiento puede comprender además proporcionar un primer transformador acoplado al convertidor auxiliar. El primer transformador puede estar montado en la estructura (montada en la turbina eólica). El primer transformador puede ser elevado con el convertidor auxiliar. El primer transformador puede estar soportado por la misma estructura que soporta el convertidor auxiliar o por una estructura adicional. El primer transformador y el convertidor auxiliar pueden acoplarse antes de su elevación y colocación en la góndola o en la helisuperficie.
[0063] En algunos de estos ejemplos, la fuente de potencia puede ser una red eléctrica de media tensión. Por lo tanto, el procedimiento puede comprender el acoplamiento de la red eléctrica de media tensión al primer transformador. El primer transformador puede reducir la tensión de la red eléctrica a una tensión acorde con los rangos de trabajo del convertidor auxiliar, por ejemplo, de baja tensión.
[0064] La fuente de potencia puede incluir alternativamente un grupo generador de combustible. En algunos de estos ejemplos, el procedimiento puede comprender la provisión de un segundo transformador y el acoplamiento del segundo transformador al grupo generador de combustible y al primer transformador. En algunos ejemplos, la turbina eólica puede ser una turbina eólica marina y el segundo transformador y el generador de combustible pueden estar dispuestos en un barco. El segundo transformador puede estar acoplado al primer transformador a través de cables eléctricos que recorren la torre de la turbina eólica. En otros ejemplos, el segundo transformador y/o el generador de combustible pueden estar dispuestos en una plataforma de los cimientos de una turbina eólica en alta mar.
[0065] En estos ejemplos, la fuente de potencia puede generar potencia a baja tensión, el segundo transformador puede elevar la tensión, la potencia puede entonces ser entregada al primer transformador que reduce la tensión a una tensión de trabajo adecuada del convertidor auxiliar.
[0066] En otros ejemplos, el primer transformador puede estar acoplado a la red eléctrica, por ejemplo, en aquellos casos en los que la red eléctrica esté disponible cuando el buje vaya a girar.
[0067] En otros ejemplos, la fuente de potencia puede incluir un grupo generador de combustible. El procedimiento puede comprender proporcionar el grupo generador de combustible acoplado al convertidor auxiliar, y el grupo generador de combustible montado en la estructura. El grupo generador de combustible y el convertidor auxiliar pueden ser sustentados y montados juntos.
[0068] En algunos ejemplos, el procedimiento puede incluir la provisión de un sistema para hacer girar un buje desequilibrado de una turbina eólica de accionamiento directo según cualquiera de los ejemplos aquí descritos.
[0069] En otro aspecto, se proporciona un procedimiento de instalación de una pala de turbina eólica en un buje de una turbina eólica de accionamiento directo.
[0070] La figura 9 es un diagrama de flujo de un procedimiento de instalación de una pala de turbina eólica en un buje desequilibrado de una turbina eólica de accionamiento directo según un ejemplo.
[0071] En el bloque 111, se proporciona un convertidor auxiliar en la parte superior de una torre. En algunos ejemplos, el convertidor auxiliar puede estar montado en una góndola en una góndola o en una helisuperficie. El convertidor auxiliar puede estar apoyado en una estructura. Dicha estructura puede estar apoyada en la góndola, por ejemplo, en la estructura de la helisuperficie.
[0072] El bloque 112 representa la provisión de un primer transformador o una fuente de potencia en la parte superior de la torre de la turbina eólica, por ejemplo, en la góndola, en la góndola o en la helisuperficie. En algunos ejemplos, el primer transformador o la fuente de potencia pueden ser elevados junto con un convertidor auxiliar. En algunos de estos ejemplos, el convertidor auxiliar y el primer transformador o la fuente de potencia pueden estar apoyados en la misma estructura. Alternativamente, el convertidor auxiliar y el primer transformador o la fuente de potencia pueden ser elevados en operaciones diferentes.
[0073] En el bloque 103, el convertidor auxiliar se acopla a un generador de turbina eólica.
[0074] El bloque 104 representa el suministro de potencia desde una fuente de potencia al convertidor auxiliar. La fuente de potencia puede incluir la red eléctrica, una batería o un grupo generador de combustible.
[0075] El bloque 105 representa el suministro de una corriente desde el convertidor auxiliar al generador de turbina eólica para generar un par motor para hacer girar el buje. La potencia suministrada desde el convertidor auxiliar tiene una corriente que permite al generador crear un par suficiente para hacer girar el buje.
[0076] En el bloque 116, el buje se gira hasta una primera posición de montaje. En la posición inicial, el buje puede estar en una posición que puede no ser apropiada para instalar la pala. La primera posición de montaje es la posición angular del buje en la que se van a conectar la pala y el buje. En esta posición, una primera superficie de montaje del buje estará orientada hacia la brida de raíz de pala que se va a instalar. Mediante el control de los parámetros de la potencia suministrada por el convertidor auxiliar al generador, se puede controlar la velocidad de rotación.
[0077] Por ejemplo, si la pala debe conectarse en una posición sustancialmente vertical, la primera posición de montaje del buje puede corresponder a una posición en la que la primera superficie de montaje apunte hacia el mar o el suelo. En otras palabras, en la primera posición de montaje, la primera superficie de montaje puede corresponder a una posición de las 6 horas, mientras que la segunda y la tercera superficies de montaje pueden corresponder a una posición de las 2 y las 10 horas, ya que las superficies de montaje del buje están separadas 120°.
[0078] En los casos en los que la pala deba instalarse en una posición sustancialmente horizontal, la primera superficie de montaje puede estar en la posición de las 3 horas cuando el buje está colocado en la primera posición de montaje. Las restantes superficies de montaje están separadas 120° y, por tanto, la segunda y la tercera superficies de montaje pueden corresponder a una posición de las 7 o de las 11.
[0079] Sin embargo, en otros ejemplos, la pala puede instalarse en diferentes ángulos.
[0080] En algunos ejemplos, el procedimiento puede comprender adicionalmente el bloqueo de la rotación del buje mediante, por ejemplo, el uso de un bloqueo de pasador que bloquea la rotación del rotor del generador con respecto al estator.
[0081] En algunos ejemplos, al menos una pala puede estar ya conectada al buje antes de instalar la pala de la turbina eólica en el buje. En algunos de estos ejemplos, esta pala ya conectada puede montarse en el buje sin necesidad de que éste gire. La góndola puede instalarse con la rotación del buje bloqueada en una posición que permita conectar una pala. En otros ejemplos, la góndola puede instalarse con dos palas conectadas al buje en una configuración en Y ("bunny ears”). En este ejemplo, la pala puede estar conectada al buje en una posición sustancialmente vertical. En estos ejemplos, el buje puede estar desequilibrado y, por tanto, el efecto del peso de las palas previamente instaladas puede ser contrarrestado por el par proporcionado por el generador.
[0082] El procedimiento puede comprender además la elevación 117 y la conexión 118 de la pala al buje.
[0083] La brida de raíz de pala puede estar conectada a la primera superficie de montaje del buje. La conexión de la pala al buje puede implicar el uso de elementos de fijación, por ejemplo, espárragos o pernos.
[0084] En algunos ejemplos, el procedimiento puede comprender además la rotación del buje a una segunda posición de montaje, la elevación de una segunda pala de turbina eólica y la conexión de la pala de turbina eólica al buje. El buje puede girar 120° desde la primera a la segunda posición de montaje.
[0085] En algunos ejemplos, la turbina eólica es una turbina eólica de alta mar.
[0086] En algunos de estos ejemplos, el procedimiento puede incluir adicionalmente la provisión de un primer transformador en la parte superior de la torre de la turbina eólica, por ejemplo, en la góndola o en la helisuperficie , acoplado al convertidor auxiliar, y la provisión de un segundo transformador y una fuente de potencia en un buque. En estos ejemplos, la fuente de potencia puede incluir un grupo generador de combustible. El procedimiento puede comprender el acoplamiento del segundo transformador al primer transformador.
[0087] En algunos de estos ejemplos, el suministro de potencia desde una fuente de potencia al convertidor auxiliar puede comprender el suministro de potencia desde el grupo generador de combustible al segundo transformador, el suministro de potencia desde el segundo transformador al primer transformador, en el que el segundo transformador puede elevar la tensión suministrada desde la fuente de potencia, específicamente desde una tensión baja a una tensión media; y el suministro de potencia desde el primer transformador al convertidor auxiliar, en el que el primer transformador puede suministrar la tensión suministrada desde el segundo transformador, específicamente desde una tensión media a una tensión baja.
[0088] En otros ejemplos, el procedimiento de instalación de una pala de turbina eólica en un buje de una turbina eólica marina de accionamiento directo puede comprender la provisión de una fuente de potencia en la parte superior de la torre de la turbina eólica, por ejemplo, en la góndola o en la helisuperficie, acoplada al convertidor auxiliar, donde la fuente de potencia incluye un grupo generador de combustible.
[0089] El procedimiento de instalación de una pala de turbina eólica en un buje de una turbina eólica de accionamiento directo puede comprender un procedimiento de rotación de un buje desequilibrado de una turbina eólica de accionamiento directo según cualquiera de los ejemplos aquí proporcionados y puede implicar el uso del sistema de rotación de un buje desequilibrado según cualquiera de los ejemplos aquí proporcionados.
[0090] En varios ejemplos, se ha hecho referencia a un grupo generador de combustible. En particular, puede tratarse de un grupo generador de gasóleo.
[0091] Esta descripción escrita utiliza ejemplos para divulgar la invención, incluyendo las realizaciones preferidas, y también para permitir a cualquier persona experta en la materia practicar la invención, incluyendo la fabricación y el uso de cualquier dispositivo o sistema y la realización de cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de la invención está definido por las reivindicaciones.
[0092] Si los signos de referencia relacionados con los dibujos se colocan entre paréntesis en una reivindicación, son únicamente para intentar aumentar la inteligibilidad de la misma, y no se interpretarán como una limitación del alcance de la reivindicación.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Aparato (30) para hacer girar un buje desequilibrado (6) de una turbina eólica de accionamiento directo (1) que incluye un generador (10) y un convertidor (20) acoplado eléctricamente al generador (10), comprendiendo el aparato (30)
un convertidor auxiliar (40) configurado para ser acoplado al generador (10) de la turbina eólica de accionamiento directo (1) y configurado para ser acoplado a una fuente de potencia (60),
una estructura (50) que soporta el convertidor auxiliar (40) y está configurada para ser soportada temporalmente por la turbina eólica de accionamiento directo (1),
en el que el convertidor auxiliar (40) está configurado para suministrar una corriente al generador de turbina eólica (10) para generar un par que haga girar el buje de la turbina eólica de accionamiento directo (6) cuando el buje está desequilibrado.
2. El aparato (30) según la reivindicación 1, en el que la estructura (50) está configurada para ser montada temporalmente en la parte superior de una torre de turbina eólica (2) de la turbina eólica de accionamiento directo (1), concretamente en una helisuperficie (19).
3. El aparato (30) según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 2, en el que el aparato (30) comprende un primer transformador (81) acoplado al convertidor auxiliar (40).
4. Un sistema para hacer girar un buje desequilibrado de turbina eólica de accionamiento directo que comprende un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3, y una fuente de potencia.
5. El sistema (30) según la reivindicación 4, que comprende un primer transformador (81) configurado para reducir una tensión suministrada por la fuente de potencia (60), concretamente de una tensión media a una tensión baja.
6. El sistema (30) según la reivindicación 5, en el que el sistema (30) comprende un segundo transformador (82) acoplado entre el primer transformador (81) y la fuente de potencia (60).
7. El sistema (30) según la reivindicación 6, en el que la fuente de potencia (60) incluye un grupo generador de combustible y en el que el segundo transformador (82) está configurado para elevar la tensión suministrada desde la fuente de potencia (60), específicamente desde una tensión baja a una tensión media, y el primer transformador (81) está configurado para reducir la tensión suministrada desde el segundo transformador (82), específicamente desde una tensión media a una tensión baja.
8. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones 4 - 6, en el que la fuente de potencia es una red eléctrica de media tensión.
9. El sistema (30) según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 7, en el que la fuente de potencia (60) incluye un grupo generador de combustible; y específicamente la estructura (50) soporta el grupo generador de combustible.
10. Procedimiento (100) para hacer girar un buje desequilibrado (6) de una turbina eólica de accionamiento directo (1) que incluye un generador (10) y un convertidor (20) acoplado eléctricamente al generador (10); el procedimiento utilizando un aparato según la reivindicación 1 y comprendiendo
proporcionar (101) el convertidor auxiliar (40) y la estructura (50) que soporta el convertidor auxiliar; montar (102) la estructura (50) en la turbina eólica (1);
acoplar (103) el convertidor auxiliar (40) al generador de turbina eólica (10);
suministrar (104) potencia desde la fuente de potencia (60) al convertidor auxiliar (40);
suministrar (105) una corriente desde el convertidor auxiliar (40) al generador de turbina eólica (10) para generar un par motor para hacer girar el buje desequilibrado (6).
11. El procedimiento (100) según la reivindicación 10, en el que montar (102) la estructura (50) en la turbina eólica (1) incluye montar la estructura (50) en la parte superior de una torre (2) de la turbina eólica, específicamente en una helisuperficie (19).
12. El procedimiento (100) según la reivindicación 10 u 11, en el que el procedimiento (100) comprende además proporcionar un primer transformador (81) acoplado al convertidor auxiliar (40); y específicamente montado en la estructura (50).
13. El procedimiento (100) según la reivindicación 12, en el que la fuente de potencia (60) es una red eléctrica de media tensión y en el que el procedimiento (100) comprende acoplar la red eléctrica de media tensión al primer transformador (81).
14. El procedimiento (100) según la reivindicación 12, en el que la fuente de potencia (60) incluye un grupo generador de combustible; y en el que el procedimiento (100) comprende además:
proporcionar un segundo transformador (82);
acoplar el segundo transformador (82) al grupo generador de combustible y al primer transformador (81).
15. El procedimiento (100) según la reivindicación 14, en el que el segundo transformador (82) y el grupo generador de combustible están dispuestos en un buque.
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