ES2948316T3 - Un método para controlar una altura de punta de un aerogenerador - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un método para operar una turbina eólica (1). La turbina eólica (1) comprende una o más palas de turbina eólica (5), estando conectada cada pala de turbina eólica (5) a una estructura portante de palas (4) montada en un cubo (3), a través de una bisagra (6) en un posición de bisagra de la pala de turbina eólica (5), estando así dispuesta cada pala de turbina eólica (5) para realizar movimientos de pivote con respecto a la estructura portadora de pala (4) entre un ángulo de pivote mínimo y un ángulo de pivote máximo. El método comprende los pasos de detectar un objeto en el aire que ingresa a una zona predefinida alrededor de la turbina eólica (1), comparar una altura de punta actual (H) de la turbina eólica (1) con un valor máximo de altura de punta, representando el valor máximo de altura de punta una altura de punta máxima permitida en las condiciones actuales. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Un método para controlar una altura de punta de un aerogenerador
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un método para operar un aerogenerador con una o más palas de aerogenerador conectadas de manera pivotante a una estructura portante de palas. El método según la invención da como resultado ajustes de la altura de punta de un aerogenerador en respuesta a un objeto entrante.
Antecedentes de la invención
Los aerogeneradores se pueden levantar en diversas ubicaciones, tales como cerca de aeropuertos, en una ruta migratoria de aves, en alta mar, en la cima de una colina, etc. En muchos sitios puede haber restricciones de la altura de punta. Estas restricciones pueden ser permanentes y, en ese caso, los aerogeneradores necesitan ser diseñados con respecto a estas restricciones. Por ejemplo, si el aerogenerador se levanta cerca de un aeropuerto, la altura de punta del aerogenerador necesita ser adaptada de acuerdo con los requisitos establecidos por la aviación. En otros casos, las restricciones de altura de punta pueden ser temporales, es decir, pueden depender de una hora del día, o se puede dictar por eventos que suceden en un entorno cercano. Por ejemplo, objetos en el aire, tales como aviones, globos aerostáticos, vida silvestre aviar, etc., pueden entrar en la zona de rotación de las palas de aerogenerador. Cuando un objeto en el aire se acerca al aerogenerador, puede ser necesario detener la operación del aerogenerador con el fin de asegurar que se proporcione suficiente espacio entre las palas de aerogenerador para que el objeto pase el aerogenerador. Cuando el objeto abandona el área del aerogenerador, el aerogenerador se puede reiniciar. No obstante, apagando el aerogenerador, se pierde producción de energía, lo que influye en la producción de energía total del aerogenerador. Por lo tanto, es deseable proporcionar un aerogenerador que pueda continuar su operación, incluso si se detectan objetos en el aíre entrantes.
El documento US 4.632.637 describe un aerogenerador de eje horizontal a favor del viento de alta velocidad que tiene tres palas livianas separadas circunferencialmente que tienen segmentos de pala dispuestos radialmente hacia fuera de brazos de soporte internos que están conectados de manera pivotante a los brazos de soporte, para plegarse rectos a favor del viento bajo condiciones de viento fuerte o altas velocidades de rotación. El documento US2360792 describe un aerogenerador con palas articuladas en donde el ángulo de conicidad de las palas es variable.
Descripción de la invención
Es un objeto de las realizaciones de la invención proporcionar un método para operar un aerogenerador de tal manera que las colisiones entre el aerogenerador y los objetos en el aire se puedan evitar sin reducir significativamente la producción de energía del aerogenerador.
Es un objeto adicional de la invención proporcionar un método para operar un aerogenerador que permita que los aerogeneradores con grandes rotores se levanten en áreas con restricciones de altura de punta.
Según un primer aspecto, la invención proporciona un método según la reivindicación 1 para operar un aerogenerador, el aerogenerador que comprende una torre, al menos una góndola montada en la torre a través de un sistema de guiñada, un buje montado de manera giratoria en cada góndola, cada buje que comprende una estructura portante de palas, y una o más palas de aerogenerador, cada pala de aerogenerador que está conectada a la estructura portante de palas a través de una bisagra en una posición de bisagra de la pala de aerogenerador, cada pala de aerogenerador que está dispuesta por ello para realizar movimientos de pivote con relación a la estructura portante de palas entre un ángulo de pivote mínimo y un ángulo de pivote máximo, el método que comprende los pasos de:
- detectar un objeto en el aire que entra en a una zona predefinida alrededor del aerogenerador,
- comparar una altura de punta actual del aerogenerador con un valor de altura de punta máxima, el valor de altura de punta máxima que representa una altura de punta máxima permisible bajo las condiciones imperantes actualmente, incluyendo el objeto en el aire detectado, y
- en el caso de que la altura de punta actual exceda el valor de altura de punta máxima, ajustar el ángulo de pivote de las palas de aerogenerador con el fin de disminuir la altura de punta del aerogenerador a un valor por debajo del valor de altura de punta máxima.
De este modo, según el primer aspecto, la invención proporciona un método para controlar un aerogenerador que comprende una torre con al menos una góndola montada en la torre a través de un sistema de guiñada. El aerogenerador puede comprender solamente una góndola, en cuyo caso el aerogenerador es de un tipo de un solo rotor. En este caso, la góndola típicamente se montará sobre la parte superior de la torre. Alternativamente, el aerogenerador puede comprender dos o más góndolas, en cuyo caso el aerogenerador es de un tipo multirrotor. En este caso, al menos algunas de las góndolas se pueden montar directamente en la torre y/o al menos algunas de las
góndolas se pueden montar en la torre a través de estructuras portantes de carga, por ejemplo, que comprenden brazos que se extienden en una dirección que se aleja del eje central de la torre. Cada góndola se puede montar en la torre a través de un sistema de guiñada separado, o dos o más góndolas se pueden montar en la torre a través de un sistema de guiñada común, en cuyo caso estas góndolas están guiñadas juntas con relación a la torre.
En cualquier caso, dado que la góndola o góndolas están montadas en la torre a través de un sistema de guiñada, pueden girar alrededor de un eje de rotación sustancialmente vertical, con relación a la torre, con el fin de dirigir uno o más rotores del aerogenerador de acuerdo con el viento entrante. El sistema de guiñada puede ser un sistema de guiñada activo en el que la góndola se hace girar activamente por medio de un mecanismo de accionamiento de guiñada, por ejemplo, sobre la base de mediciones de la dirección del viento. Como alternativa, el sistema de guiñada puede ser un sistema de guiñada pasivo en el que la góndola gira automáticamente según la dirección del viento sin el uso de un mecanismo de accionamiento de guiñada. Como otra alternativa, el sistema de guiñada puede ser una combinación de un sistema de guiñada activo y un sistema de guiñada pasivo, en el sentido de que puede operar activamente bajo algunas circunstancias y pasivamente bajo otras circunstancias.
Una o más góndolas pueden ser góndolas tradicionales que tienen una pared externa que encierra el interior de la góndola, alojando la góndola varios componentes del aerogenerador, tales como el generador, tren de transmisión, etc. Como alternativa, las góndolas pueden ser simplemente una estructura que es capaz de realizar movimientos de guiñada con relación a la torre En este caso, algunos o todos los componentes descritos anteriormente se pueden disponer fuera de la góndola, por ejemplo, en una parte interior de la torre.
Un buje está montado de manera giratoria en cada góndola. Cada buje comprende una estructura portante de palas que tiene una o más palas de aerogenerador conectadas al mismo. Por consiguiente, las palas de aerogenerador giran junto con el buje y la estructura portante de palas con relación a la góndola.
El aerogenerador es preferiblemente un aerogenerador de eje horizontal.
En el presente contexto, el término 'pala de aerogenerador' se debería interpretar que significa un componente que está conectado a la estructura portante de palas a través de una bisagra. El componente definirá un perfil aerodinámico en algunas o todas las secciones, pero podría tener brazos y contrapesos en otras secciones, es decir, podría tener secciones con una contribución menor o nula a la producción de energía del aerogenerador. Cada una de las palas de aerogenerador está conectada a la estructura portante de palas a través de una bisagra en una posición de bisagra de la pala de aerogenerador. Por ello, cada una de las palas de aerogenerador está dispuesta para realizar movimientos de pivote con relación a la estructura portante de palas, a través de la bisagra. Un ángulo de pivote se define por ello entre cada pala de aerogenerador y la estructura portante de palas, dependiendo de la posición de bisagra y, por ello, de la pala de aerogenerador con relación a la estructura portante de palas. Por consiguiente, el ángulo de pivote define la dirección a lo largo de la cual una pala de aerogenerador dada se extiende con relación a la estructura portante de palas y, por ello, con relación al buje. Esto, a su vez, determina el diámetro del rotor y, por ello, la capacidad del aerogenerador para extraer energía del viento.
No se descarta que cada pala de aerogenerador se pudiera conectar a la estructura portante de palas a través de dos o más bisagras.
El ángulo de pivote puede variar entre un ángulo de pivote mínimo, que define un diámetro de rotor máximo, y un ángulo de pivote máximo, que define un diámetro de rotor mínimo.
La bisagra puede ser o comprender un cojinete, por ejemplo, en forma de cojinete liso, cojinete de rodillos o cualquier otro tipo de cojinete adecuado.
Según el método del primer aspecto de la invención, se detecta inicialmente un objeto en el aire que entra en una zona predefinida alrededor del aerogenerador. El objeto en el aire puede ser un avión, una o más aves, murciélagos, insectos, etc. El objeto en el aire también puede referirse a una fuerte lluvia, granizo, nieve o similar que cae dentro de la zona predefinida alrededor del aerogenerador. La zona predefinida alrededor del aerogenerador puede relacionarse con un área alrededor del aerogenerador que se extiende de manera sustancialmente horizontal desde la posición del aerogenerador y dentro de una cierta distancia de la torre. La zona predefinida define un área dentro de la cual se coloca el aerogenerador, y que tiene un límite que está dispuesto a una distancia del aerogenerador, donde existe el riesgo de que los objetos en el aire entrantes que se acerquen al aerogenerador más que este límite puedan colisionar con el aerogenerador. La distancia entre el aerogenerador y el límite de la zona predefinida, en un ejemplo, puede ser de un kilómetro, pero puede depender del tipo de objeto en el aire que se detecte, y podría ser de varios kilómetros.
Cuando un objeto en el aire entra en la zona predefinida alrededor del aerogenerador, existe el riesgo de colisión entre el objeto en el aire y el aerogenerador. Si el aerogenerador se levanta cerca de un aeropuerto, los aviones que vuelan por encima del aerogenerador pueden requerir una altura de punta máxima limitada del aerogenerador, proporcionando un espacio libre de seguridad. La altura de punta del aerogenerador puede ser demasiado alta para proporcionar este espacio libre de seguridad. En el caso de que el objeto en el aire tenga forma de vida animal, tal como una o más aves, las aves pueden morir durante la colisión con las palas de aerogenerador, lo que es
perjudicial para la vida silvestre. Además, tales colisiones podrían causar daños a las palas de aerogenerador. Durante un enjambre de insectos, puede aparecer un gran número de insectos en la zona predefinida del aerogenerador, y pueden ocurrir colisiones entre los insectos y las palas de aerogenerador. Esto conduce al ensuciamiento de las palas de aerogenerador, lo que tiene un efecto altamente perjudicial en el perfil aerodinámico de las palas de aerogenerador, y por ello en la capacidad del aerogenerador para extraer energía del viento.
Cuando el objeto en el aire entra en la zona predefinida alrededor del aerogenerador, se detecta su presencia, por ejemplo, por el aerogenerador en sí mismo o por medio de un detector o sistema de vigilancia separado. La detección se puede realizar por diversos medios de detección, tales como sensores, radares, lidars, cámaras y similares que tienen un alcance que al menos permite que los medios de detección monitoricen los límites de la zona predefinida. Los medios de detección pueden estar en comunicación o formar parte de una unidad de control del aerogenerador o de un parque eólico en el que se pueda situar el aerogenerador, y enviar una señal tan pronto como se identifique el objeto de manera que la unidad de control pueda controlar el aerogenerador oportunamente. Los medios de detección pueden monitorizar o bien constante o bien intermitentemente la zona predefinida alrededor del aerogenerador y, aparte de detectar la presencia del objeto, también pueden identificar el tamaño y la forma del objeto, su distancia del aerogenerador, su velocidad y/o dirección de movimiento.
Un valor de altura de punta actual se compara entonces con un valor de altura de punta máxima permisible. El valor de altura de punta actual representa la altura de punta en el momento de detección del objeto, o en el momento cuando la señal de detección se comunica desde los medios de detección a la unidad de control. La altura de punta actual puede tener cualquier valor que oscila desde su valor máximo, que corresponde al diámetro de rotor máximo y el ángulo de pivote mínimo, hasta su valor mínimo, que corresponde al diámetro de rotor mínimo y al ángulo de pivote máximo entre la pala de aerogenerador y la estructura portante de palas.
El valor de altura de punta máxima permisible representa la altura de punta máxima permisible que se permite que el aerogenerador tenga bajo las condiciones imperantes en tiempo real. El valor de altura de punta máxima puede ser un valor fijo que se establece por la unidad de control en base a la posición del objeto en el aire y su dirección de movimiento. Las condiciones imperantes típicamente se relacionan con el objeto en el aire detectado, su tamaño, la distancia desde el aerogenerador, la altura, la velocidad y la dirección de movimiento, y similares. Las condiciones imperantes también pueden incluir condiciones ambientales tales como la velocidad del viento, la dirección del viento, la precipitación, la hora del día, etc.
La comparación se puede realizar en la unidad de control del aerogenerador o en una unidad de control separada. La unidad de control puede resolver si la altura de punta actual está por debajo o por encima del valor de altura de punta máxima permisible.
Finalmente, en el caso de que la comparación revele que la altura de punta actual excede el valor de altura de punta máxima permisible, el ángulo de pivote de las palas de aerogenerador se ajusta con el fin de disminuir la altura de punta del aerogenerador a un valor por debajo del valor de altura de punta máxima. Por ello, se asegura que la altura de punta del aerogenerador cumpla cualquier restricción que se requiere actualmente.
Para aerogeneradores con palas de aerogenerador articuladas, el ángulo de pivote que puede variar determina el diámetro de rotor y, por lo tanto, la altura de punta, que también puede variar en consecuencia. Por ello, el aerogenerador se opera con una altura de punta disminuida, menor que el valor de altura de punta máxima permisible.
Teniendo un método para operar el aerogenerador de tal manera que la altura de punta se pueda reducir si se detecta el objeto en el aire, se evitan las colisiones mientras que el aerogenerador sigue operando y por lo tanto sigue produciendo energía. Esto es posible porque las palas de aerogenerador articuladas permiten que el diámetro del rotor sea variado, permitiendo por ello que la altura de punta del aerogenerador se disminuya cuando esto se requiera. Por consiguiente, se puede evitar la colisión con un objeto en el aire, mientras que se mantiene la producción de energía del aerogenerador. Además, cuando no se detectan objetos en el aire, el aerogenerador se puede operar a la altura de punta completa y, por ello, con el diámetro de rotor máximo, lo que proporciona una producción de energía sustancialmente mayor, lo que es de gran beneficio. Por ello, es posible levantar aerogeneradores con grandes diámetros de rotor en regiones con restricciones de altura de punta, tales como cerca de aeropuertos o en rutas de migración de aves, sin tener que diseñar el aerogenerador con una altura de punta baja permanente.
Se debería señalar que incluso aunque la presente descripción se refiere a la altura de punta y los objetos en el aire, los principios subyacentes de la presente invención también se podrían aplicar para evitar colisiones con objetos en el suelo, tales como vehículos o personas. Cuando el ángulo de pivote se ajusta como se describió anteriormente, no solo causa una disminución en la altura de punta. También causa un aumento en la distancia mínima entre el suelo y las puntas de las palas de aerogenerador, es decir, se aumenta el espacio libre entre el suelo y las palas de aerogenerador. Por consiguiente, se podría aplicar un procedimiento similar en el caso de que se detecte que un objeto basado en tierra entra en la zona predefinida, proporcionando por ello espacio libre suficiente solamente cuando esto ocurra.
Cada una de las palas de aerogenerador puede definir un extremo de punta interno y un extremo de punta externo que forman una extremidad de la pala de aerogenerador que está dispuesta más cerca del buje y una extremidad de la pala de aerogenerador que dispuesta más alejada del buje, respectivamente.
La posición de bisagra se puede disponer a una distancia del extremo de punta interno y a una distancia del extremo de punta externo. En este caso, la pala de aerogenerador está articulada a la estructura portante de palas en una posición que no está en un extremo de la pala de aerogenerador. Las palas de aerogenerador pueden tener entonces un centro de masa para la pala de aerogenerador en reposo que se coloca entre la posición de bisagra y el extremo de punta interno de la pala de aerogenerador. En este caso, el centro de masa de la pala de aerogenerador está dispuesto en una parte de la pala de aerogenerador que está dispuesta más cerca del buje que la posición de bisagra. Cuando el buje gira con relación a la góndola, una fuerza centrífuga actúa sobre cada una de las palas de aerogenerador, en la posición del centro de masa. Por ello, la fuerza centrífuga tenderá a empujar la parte de la pala de aerogenerador dispuesta entre la posición de bisagra y el extremo de punta interno, es decir, la parte de la pala de aerogenerador donde está dispuesto el centro de masa, en una dirección hacia fuera. Esto hará que las palas de aerogenerador pivoten a través de las bisagras de tal manera que las palas de aerogenerador se hagan girar hacia una posición donde la dirección longitudinal de las palas de aerogenerador está dispuesta sustancialmente paralela al eje de rotación del buje. Por ello, las palas de aerogenerador se pivotan de tal manera que se aumenta el ángulo de pivote y se reduce el diámetro de rotor. Cuanto mayor sea la velocidad de rotación, más se pivotarán las palas de aerogenerador hacia esta posición.
De este modo, según esta realización, el diámetro del rotor se reduce automáticamente a medida que aumenta la velocidad de rotación del buje. Por consiguiente, el diámetro del rotor y, por ello, la capacidad del aerogenerador para extraer energía del viento, se ajusta automáticamente según la velocidad del viento imperante, sin requerir algoritmos de control complicados ni mantenimiento que requiera piezas mecánicas, tales como mecanismos de paso, etc.
Como alternativa, el diámetro del rotor se puede controlar de cualquier otra manera adecuada, por ejemplo, usando algoritmos de control adecuados.
Alternativamente o además, las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre los perfiles aerodinámicos de las palas de aerogenerador pueden hacer que las palas de aerogenerador pivoten de tal manera que el diámetro del rotor se reduzca a medida que aumenta la velocidad del viento. En una realización preferida, la fuerza centrífuga y las fuerzas aerodinámicas cooperan en reducir el diámetro de rotor a medida que aumenta la velocidad del viento, es decir, no se contrarrestan entre sí. Esto se podría obtener, por ejemplo, cuando el centro de masa de las palas de aerogenerador esté dispuesto entre el extremo de punta interno de las palas de aerogenerador y la posición de bisagra, como se describió anteriormente. Para algunos aerogeneradores, por ejemplo, pequeños aerogeneradores, la fuerza centrífuga puede ser el factor dominante con respecto a asegurar que las palas de aerogenerador se pivoten hacia un diámetro de rotor más pequeño. Para otros aerogeneradores, por ejemplo, aerogeneradores más grandes, las fuerzas aerodinámicas pueden ser el factor dominante.
En otras realizaciones, el centro de masa de las palas de aerogenerador se puede disponer en la posición de bisagra o entre la posición de bisagra y el extremo de punta externo de la pala de aerogenerador. De este modo, da como resultado o bien fuerzas centrífugas neutras o bien fuerzas centrífugas que actúan para mover la pala de aerogenerador hacia una posición que define un ángulo de pivote mínimo a medida que aumenta la velocidad de rotación.
Como alternativa, la posición de bisagra se puede disponer en el extremo de punta interno. En este caso, se puede requerir un mecanismo activo con el fin de pivotar las palas de aerogenerador. No obstante, las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre las palas de aerogenerador pueden ayudar a pivotar las palas de aerogenerador. El método puede comprender además el paso de aplicar una fuerza de desviación a las palas de aerogenerador que desvía las palas de aerogenerador hacia una posición que define un ángulo de pivote mínimo, y el paso de ajustar el ángulo de pivote de las palas de aerogenerador puede comprender reducir la fuerza de desviación aplicada a las palas de aerogenerador.
Según esta realización, las palas de aerogenerador se desvían hacia una posición que define un ángulo de pivote mínimo y, por ello, un diámetro de rotor máximo. Se permite que las palas de aerogenerador pivoten como se describió anteriormente, pero los movimientos de pivote hacia una posición que define un ángulo de pivote máximo se realizan en contra de la fuerza de desviación aplicada. En el caso de que las palas de los aerogeneradores sean de un tipo en el que el ángulo de pivote se ajuste automáticamente en respuesta a la velocidad de rotación del aerogenerador, la fuerza de desviación aplicada define la posición de equilibrio y, por ello, el ángulo de pivote, para una velocidad de rotación dada.
Cuando se requiere un ajuste del ángulo de pivote con el fin de ajustar la altura de punta del aerogenerador, se ajusta la fuerza de desviación aplicada a las palas de aerogenerador. En el caso de que se requiera una altura de punta más pequeña, entonces se reduce la fuerza de desviación aplicada a las palas de aerogenerador. Por ello, las palas de aerogenerador se desvían hacia el ángulo de pivote mínimo con una fuerza menor, y llega a ser más fácil
mover las palas de aerogenerador hacia el ángulo de pivote máximo. Por consiguiente, la posición de equilibrio para una velocidad de rotación dada cambia de tal manera que se obtiene un diámetro de rotor más pequeño, y por ello una altura de punta más baja, a una velocidad de rotación dada.
Cuando el objeto en el aire abandona la zona predefinida, la altura de punta puede necesitar ser aumentada y, en ese caso, se aumenta la fuerza de desviación aplicada a las palas de aerogenerador. Por ello, las palas de aerogenerador se desvían hacia el ángulo de pivote mínimo con una fuerza mayor, y llega a ser más difícil mover las palas de aerogenerador hacia el ángulo de pivote máximo. Por consiguiente, la posición de equilibrio para una velocidad de rotación dada cambia de tal manera que se obtiene un diámetro de rotor mayor a una velocidad de rotación dada.
La fuerza de desviación se podría aplicar, por ejemplo, por medio de cables unidos a una parte interna de las palas de aerogenerador, que tira de las palas de aerogenerador hacia el exterior, es decir, hacia el ángulo de pivote mínimo y el diámetro de rotor máximo. En este caso, la fuerza de desviación se puede ajustar ajustando la fuerza de tracción aplicada por los cables.
Como alternativa, la fuerza de desviación se podría aplicar por medio de uno o más resortes que actúan en las palas de aerogenerador, por ejemplo, resortes comprimibles dispuestos para tirar o empujar las palas de aerogenerador hacia el ángulo de pivote mínimo y el diámetro de rotor máximo. En este caso, la fuerza de desviación, por ejemplo, se puede ajustar por medio de poleas o actuadores hidráulicos montados en el buje, en la estructura portante de palas, en la pala de aerogenerador en sí misma, en la góndola o en la torre.
Como otra alternativa, la fuerza de desviación podría ser en forma de un momento. En este caso la fuerza de desviación se podría aplicar por medio de un resorte de torsión dispuesto en la bisagra que tira o empuja las palas de aerogenerador hacia el ángulo de pivote mínimo y el diámetro de rotor máximo. En este caso, la fuerza de desviación también se puede ajustar variando el momento de torsión, por ejemplo, por medio de poleas o actuadores hidráulicos montados en el buje, en la estructura portante de palas, en la pala de aerogenerador en sí misma, en la góndola o en la torre.
Como otra alternativa, la fuerza de desviación se podría aplicar por medio de mecanismos hidráulicos conectados a las palas de aerogenerador y que se disponen para tirar o empujar las palas de aerogenerador hacia el ángulo de pivote mínimo y el diámetro de rotor máximo. En este caso, la fuerza de desviación se puede ajustar ajustando la presión en los mecanismos hidráulicos.
Alternativamente, el paso de ajustar el ángulo de pivote de las palas de aerogenerador puede comprender aplicar una fuerza a las palas de aerogenerador que hace que las palas de aerogenerador se muevan hacia una posición que aumenta el ángulo de pivote.
Según esta realización, en lugar de desviar las palas de aerogenerador hacia una posición que define un ángulo de pivote mínimo, se puede aplicar una fuerza a las palas de aerogenerador que las mueva en la dirección opuesta, es decir, hacia una posición que defina un ángulo de pivote máximo y, por ello, un diámetro de rotor mínimo. El mecanismo que proporciona los movimientos de pivote de las palas de aerogenerador, en este caso, puede ser ventajosamente un mecanismo activo, que mueve las palas de aerogenerador a un ángulo de pivote específico, por ejemplo, en respuesta a una señal de control adecuada.
Cuando se requiere un ajuste del ángulo de pivote con el fin de ajustar la altura de punta del aerogenerador, se ajusta la fuerza aplicada. En el caso de que se requiera una altura de punta más pequeña, entonces se aumenta la fuerza aplicada y, en el caso de que se requiera una altura de punta mayor, entonces se disminuye la fuerza aplicada.
La fuerza, por ejemplo, se podría aplicar por medio de cables unidos a la parte externa de las palas de aerogenerador, que tiran de las palas de aerogenerador hacia el interior, es decir, hacia el ángulo de pivote máximo y el diámetro de rotor mínimo. En este caso la fuerza se puede ajustar ajustando la fuerza de tracción aplicada por los cables.
Como alternativa, la fuerza se podría aplicar por medio de uno o más resortes que actúan en las palas de aerogenerador, por ejemplo, muelles comprimibles dispuestos para tirar o empujar las palas de aerogenerador hacia el ángulo de pivote máximo y el diámetro de rotor mínimo. En este caso, la fuerza se puede ajustar, por ejemplo, por medio de poleas o actuadores hidráulicos montados en el buje, en la estructura portante de palas, en la pala de aerogenerador en sí misma, en la góndola o en la torre.
Como otra alternativa, la fuerza podría ser en forma de un momento. En este caso la fuerza de desviación se podría aplicar por medio de un resorte de torsión dispuesto en la bisagra que tira o empuja las palas de aerogenerador hacia el ángulo de pivote máximo y el diámetro de rotor mínimo. En este caso, la fuerza también se puede ajustar variando el momento de torsión, por ejemplo, por medio de poleas o actuadores hidráulicos montados en el buje, en la estructura portante de palas, en la pala de aerogenerador en sí misma, en la góndola o en la torre.
Como otra alternativa, la fuerza se podría aplicar por medio de mecanismos hidráulicos conectados a las palas de aerogenerador y que se disponen para tirar o empujar las palas de aerogenerador hacia el ángulo de pivote máximo y el diámetro de rotor mínimo, y por ello la altura de punta mínima. En este caso, la fuerza se puede ajustar ajustando la presión en los mecanismos hidráulicos.
Otra alternativa más para ajustar el ángulo de pivote de las palas de aerogenerador puede comprender ajustar la velocidad de rotación del aerogenerador y/o el par de generador del aerogenerador. En el presente contexto, el término 'velocidad de rotación' se debería interpretar que significa la velocidad angular a la que el buje gira durante su operación, y el término 'par de generador' se debería interpretar que significa el par suministrado al generador. La velocidad de rotación, por ejemplo, se puede ajustar cambiando el par de generador. El par de generador se puede ajustar, por ejemplo, ajustando la corriente en el generador a través de un convertidor de frecuencia. En el caso de que el aerogenerador sea de un tipo que automáticamente reduce el diámetro de rotor cuando se aumenta la velocidad de rotación, por ejemplo, debido a fuerzas centrífugas y/o fuerzas aerodinámicas que actúan sobre las palas de aerogenerador, un ajuste de la velocidad de rotación y/o el par de generador dará como resultado automáticamente un ajuste del diámetro de rotor y, por ello, de la altura de punta. Por ejemplo, en el caso de baja velocidad del viento, el generador se puede usar para aumentar la velocidad de rotación del rotor, con el fin de hacer que las palas de aerogenerador pivoten hacia el ángulo de pivote máximo y el diámetro de rotor mínimo, por ejemplo, debido a fuerzas centrífugas y/o fuerzas aerodinámicas que actúan sobre las palas de aerogenerador. El método puede comprender además el paso de calcular el valor de altura de punta máxima en base a un valor de velocidad de punta máxima permisible. En el presente contexto, el término 'velocidad punta' se debería interpretar que significa la velocidad de los extremos de punta externos de las palas de aerogenerador cuando giran junto con el buje durante la operación del aerogenerador. Bajo ciertas circunstancias, se puede desear disminuir la velocidad de punta. Este es, por ejemplo, el caso cuando el objeto en el aire detectado tiene la forma de una o más aves o insectos en enjambre, debido a que una velocidad de punta alta se conoce que causa un alto riesgo de colisiones entre aves o insectos y las palas de aerogenerador. Reducir la velocidad de punta reducirá, por lo tanto, el riesgo de colisiones en este caso.
El valor de velocidad de punta máxima permisible representa la velocidad de punta máxima que se permite que tenga el aerogenerador bajo las condiciones imperantes en tiempo real. Las condiciones imperantes, de este modo, pueden relacionarse con un objeto físico que se aproxima al aerogenerador o pueden relacionarse con condiciones ambientales tales como fuertes lluvias, nieve, granizo, tormenta de arena, o similar. Por ejemplo, si una bandada de aves o un enjambre de insectos se acerca al aerogenerador, en base a la información recogida por los medios de detección, la unidad de control puede calcular que la bandada puede pasar el aerogenerador dentro de un cierto período de tiempo. En este caso puede ser beneficioso disminuir la velocidad de punta del aerogenerador, en la medida que puede permitir que la bandada/enjambre pase entre las palas de aerogenerador. La altura de punta máxima permisible, en este caso, puede ser más alta que la posición de la bandada/enjambre, pero adaptada de acuerdo con la velocidad de punta máxima permisible. En otro ejemplo, bajo fuertes precipitaciones, una protección de los bordes de ataque de las palas de aerogenerador de la erosión con el tiempo puede ser la razón para reducir la velocidad de punta. La velocidad de punta requerida para la protección se puede usar entonces para calcular la altura de punta máxima permisible. Este cálculo se puede basar en la optimización de potencia, es decir, que define un par óptimo de diámetro de rotor y, por ello, la altura de punta y la velocidad de rotación del aerogenerador. Una vez que las fuertes precipitaciones se detienen, la velocidad de punta y, por ello, la altura de punta, se pueden cambiar al valor anterior.
En otro ejemplo más, un mantenimiento y una inspección de las palas de aerogenerador puede revelar que existe un cierto nivel de erosión del borde de ataque en las palas de aerogenerador. El valor de velocidad de punta se puede reducir entonces durante un período hasta que los bordes de ataque de las palas de aerogenerador se hayan reparado en un mantenimiento de palas planificado. La altura de punta y la velocidad de rotación también se pueden ajustar en consecuencia, como se describió anteriormente. Ajustando la altura de punta en base a la velocidad de punta máxima permisible, la existencia de objetos en el aire y/o las condiciones ambientales en las proximidades del aerogenerador se pueden manejar mientras el aerogenerador continúa generando energía.
El paso de detectar un objeto en el aire se puede realizar por medio de detección de radar. Un sistema de radar instalado en un aerogenerador o parque eólico puede escanear de manera continua y autónoma la zona predefinida alrededor del aerogenerador. El sistema de radar puede tener un alcance de instrumento de hasta 36 kilómetros o más. Si, por ejemplo, se detecta una aeronave que se aproxima, se hace un seguimiento de su distancia, velocidad y rumbo y se puede hacer una evaluación automática sobre si se necesita o no ajustar la altura de punta. La evaluación se puede enviar entonces a la unidad de control que puede controlar simultáneamente las palas de aerogenerador en consecuencia. Alternativamente, la detección se puede realizar mediante sensores, lidar, medios visuales tales como cámaras, medios de audio tales como micrófonos, transpondedores y similares. Cada aerogenerador del parque eólico se puede equipar con uno o más medios de detección que monitorizan solamente la zona predefinida del aerogenerador en el que están montados. Alternativamente, uno o más medios de detección pueden cubrir zonas predefinidas de varios aerogeneradores. Los medios de detección pueden estar en comunicación con la unidad de control enviando señales capturadas para su análisis adicional. Las cámaras usadas para la monitorización visual de las zonas predefinidas pueden realizar el procesamiento de imágenes digitales antes de enviar la imagen capturada a la unidad de control. Se pueden usar múltiples cámaras para monitorizar el
área, y las imágenes obtenidas se pueden combinar en una que se pueda enviar entonces a la unidad de control. Además, los micrófonos se pueden configurar para detectar la frecuencia emitida por las aves dentro de la zona predefinida.
El método puede comprender además el paso de ajustar el ángulo de pivote de las palas de aerogenerador con el fin de disminuir la altura de punta del aerogenerador en base a una condición de tiempo. Por ejemplo, las restricciones de altura de punta pueden ser más estrictas durante la noche que durante el día debido a una menor visibilidad, especialmente si el valor de altura de punta máxima se basa en la salida de las cámaras y otros sensores visuales. Por lo tanto, el valor de altura de punta máxima permisible puede ser más alto durante el día que durante la noche. Esto es particularmente relevante en el caso de que el objeto en el aire sea un avión. Además, los enjambres de insectos son más frecuentes durante el crepúsculo y, por lo tanto, se pueden aplicar restricciones más estrictas de altura de punta durante el crepúsculo, en particular en sitios con muchos insectos, tal como cerca de pantanos. La altura de punta también se puede ajustar durante ciertos períodos a lo largo del año, por ejemplo, durante las migraciones de aves. Además, la restricción sobre la altura de punta o la velocidad de punta se pueden controlar mediante un pronóstico meteorológico, es decir, si se prevén fuertes precipitaciones, por ejemplo, en forma de lluvia, tormenta de nieve, viento excesivo, granizo, etc., la altura de punta se puede controlar en consecuencia para evitar daños en el aerogenerador.
El método puede comprender además los pasos de:
- detectar que el objeto en el aire ya no está dentro de la zona predefinida alrededor del aerogenerador, y
- ajustar el ángulo de pivote de las palas de aerogenerador con el fin de aumentar la altura de punta del aerogenerador.
Los medios de detección pueden continuar monitorizando la zona predefinida alrededor del aerogenerador después de que se haya ajustado la altura de punta. En un cierto punto de tiempo, el objeto en el aire abandona la zona predefinida y, por lo tanto, ya no es relevante para la operación del aerogenerador. En ese momento, los medios de detección pueden comunicar a la unidad de control que la zona predefinida está libre del objeto u objetos en el aire, y la unidad de control puede controlar entonces el aerogenerador sin restricciones de altura de punta, por ejemplo, ajustando el ángulo de pivote de las palas de aerogenerador de manera que se aumente la altura de punta del aerogenerador. Si todas las condiciones relevantes para la operación del aerogenerador son óptimas, el diámetro de rotor se puede llevar a su máximo. Ajustar el ángulo de pivote cuando el objeto en el aire ya no está dentro de la zona predefinida asegura que el aerogenerador se opera de una manera óptima en todo momento.
El método puede comprender además el paso de generar una señal que indique la altura de punta actual del aerogenerador. La señal de indicación puede ser en forma de una señal de luz visible, una señal de audio, una señal electrónica, una señal de radio, etc. Se puede generar luz visible de diferentes colores y/o intensidades, por ejemplo, mediante LED instalados en la punta de las palas de aerogenerador. Por ello, no solo se advierte a un avión que se aproxima de que está presente un aerogenerador, sino que el color, la intensidad y/o el patrón también informan al piloto de la altura de punta actual del aerogenerador y, por lo tanto, el piloto puede tener esto en cuenta cuando se dirija el avión pasado el aerogenerador.
Se pueden generar señales electrónicas y/o señales de radio por el aerogenerador y comunicarlas a los aviones que se aproximan informándoles acerca de la altura de punta del aerogenerador. Por ello, el piloto puede recibir un mensaje en pantalla informándole de la altura de punta actual del aerogenerador y, por lo tanto, puede tener esto en cuenta fácilmente cuando se dirija el avión pasado el aerogenerador.
Se puede generar una alarma de audio cuando, por ejemplo, se detecta una bandada de aves. Esta puede ser, por ejemplo, ruido en frecuencias que desagradan a las aves. Proporcionar señalización solamente cuando se necesita, es decir, cuando un objeto está acercándose al aerogenerador, se evita una señalización continua innecesaria. Según un segundo aspecto, la invención proporciona un aerogenerador según la reivindicación 10 que comprende una torre, al menos una góndola montada en la torre a través de un sistema de guiñada, un buje montado de manera giratoria en cada góndola, cada buje que comprende una estructura portante de palas, y una o más palas de aerogenerador, cada pala de aerogenerador que está conectada a la estructura portante de palas a través de una bisagra en la posición de bisagra de la pala de aerogenerador, cada pala de aerogenerador que está dispuesta por ello para realizar movimientos de pivote con relación a la estructura portante de palas entre un ángulo de pivote mínimo y un ángulo de pivote máximo,
en donde el aerogenerador comprende además un mecanismo dispuesto para ajustar el ángulo de pivote de las palas de aerogenerador hacia una posición que define un ángulo de pivote máximo en respuesta a una señal que indica que se ha detectado un objeto en el aire que entra en una zona predefinida alrededor del aerogenerador. El aerogenerador según el segundo aspecto de la invención se puede controlar por medio del método según el primer aspecto de la invención. Por lo tanto, los expertos comprenderán fácilmente que cualquier característica
descrita en combinación con el primer aspecto de la invención también se podría combinar con el segundo aspecto de la invención, y viceversa. Por consiguiente, las observaciones expuestas anteriormente con referencia al primer aspecto de la invención son igualmente aplicables aquí.
El aerogenerador puede comprender además un mecanismo de deviación dispuesto para aplicar una fuerza de desviación a las palas de aerogenerador que desvía las palas de aerogenerador hacia una posición que define un ángulo de pivote mínimo, y el mecanismo dispuesto para ajustar el ángulo de pivote de las palas de aerogenerador se puede disponer para reducir la fuerza de desviación aplicada. Esto ya se ha descrito anteriormente con referencia al primer aspecto de la invención.
El aerogenerador puede ser un aerogenerador a favor del viento. Según esta realización, el rotor se orienta lejos del viento entrante, es decir, el viento llega a las palas de aerogenerador después de haber pasado la góndola. Los aerogeneradores a favor del viento son muy adecuados para aplicar sistemas de guiñada pasivos, es decir, sistemas de guiñada que dirigen automáticamente el rotor del aerogenerador de acuerdo con el viento entrante sin el uso de controladores de guiñada y sistemas de control. Esto reduce aún más la necesidad de componentes que son propensos a requerir mantenimiento. Además, en los aerogeneradores a favor del viento, se puede disponer un sistema de enfriamiento pasivo contra el viento con respecto al rotor, permitiendo por ello mejorar el enfriamiento de diversos componentes de aerogenerador.
Como alternativa, el aerogenerador puede ser un aerogenerador contra el viento, en cuyo caso el rotor se orienta hacia el viento entrante.
Breve descripción de los dibujos
La invención se describirá ahora con más detalle con referencia a los dibujos que se acompañan en los que la Fig. 1 es una vista frontal de un aerogenerador según una realización de la invención,
las Figs. 2 y 3 son vistas laterales del aerogenerador de la Fig. 1 con las palas de aerogenerador en dos ángulos de pivote diferentes,
las Figs. 4 y 5 muestran detalles de un mecanismo para ajustar un ángulo de pivote de palas de aerogenerador de un aerogenerador según una realización de la invención,
la Fig. 6 ilustra un aerogenerador según una realización de la invención con las palas de aerogenerador en tres posiciones diferentes, y
las Figs. 7-9 ilustran diversos mecanismos para ajustar un ángulo de pivote de palas de aerogenerador de aerogeneradores según realizaciones de la invención.
Descripción detallada de los dibujos
La Fig. 1 es una vista frontal de un aerogenerador 1 según una realización de la invención. El aerogenerador 1 comprende una torre 2 y una góndola (no visible) montada en la torre 2. Un buje 3 está montado de manera giratoria sobre la góndola, el buje 3 que comprende una estructura portante de palas 4 con tres brazos. Una pala de aerogenerador 5 está conectada a cada uno de los brazos de la estructura portante de palas 4 a través de una bisagra 6. De este modo, las palas de aerogenerador 5 giran junto con el buje 3, con relación a la góndola, y las palas de aerogenerador 5 pueden realizar movimientos pivotantes con respecto a la estructura portante de palas 4, a través de las bisagras 6.
Cada pala de aerogenerador 5 define un perfil aerodinámico que se extiende a lo largo de la longitud de la pala de aerogenerador 5 entre un extremo de punta interno 5a y un extremo de punta externo 5b. La bisagra 6 está dispuesta en una posición de bisagra de la pala de aerogenerador 5, la posición de bisagra 6 que está a una distancia del extremo de punta interno 5a así como a una distancia del extremo de punta externo 5b.
La Fig. 2 es una vista lateral del aerogenerador 1 de la Fig. 1 con las palas de aerogenerador 5 colocadas en un ángulo de pivote mínimo, es decir, un ángulo de pivote que da como resultado un diámetro de rotor máximo del aerogenerador 1, y por lo tanto una altura de punta máxima H del aerogenerador 1. En la Fig. 2 se puede ver la góndola 7. Las palas de aerogenerador 5 se desvían hacia esta posición por medio de un cable unido a la parte interna de las palas de aerogenerador 5, es decir, en una posición entre la bisagra 6 y el extremo de punta interno 5a. Esto se describirá con más detalle a continuación con referencia a las Figs. 4 y 5.
La Fig. 3 es una vista lateral del aerogenerador 1 de las Figs. 1 y 2. En la Fig. 3, las palas de aerogenerador 5 están colocadas en un ángulo de pivote P mayor que el ángulo de pivote mínimo de la Fig. 2. Por ello, el diámetro de rotor del aerogenerador 1 es más pequeño en la situación ilustrada en la Fig. 3 que en la situación ilustrada en la Fig. 2. Reduciendo el diámetro de rotor, también se disminuye la altura de punta H del aerogenerador 1. Por ello, se puede evitar la colisión entre el aerogenerador 1 y un objeto en el aire que entre en una zona predefinida alrededor del aerogenerador 1.
Dado que la probabilidad de colisión entre el aerogenerador 1 y el objeto en el aire depende fuertemente de la altura de punta, la probabilidad de colisión es menor por ello en la situación ilustrada en la Fig. 3 que en la situación ilustrada en la Fig. 2. En la Fig. 3, se puede ver una parte de los cables 8 que tiran de las palas de aerogenerador 5 hacia la posición de ángulo de pivote mínimo.
El aerogenerador 1 de las Figs. 1-3 se puede operar de la siguiente manera. Inicialmente, el aerogenerador 1 se opera de una manera normal, extrayendo la mayor cantidad de energía posible del viento. Los cables 8 desvían las palas de aerogenerador 5 hacia la posición de ángulo de pivote mínimo, como se ilustra en la Fig. 2, mientras que las fuerzas centrífugas que actúan sobre las palas de aerogenerador 5 y posiblemente las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre las palas de aerogenerador 5 intentan mover las palas de aerogenerador 5 hacia ángulos de pivote más grandes de tal manera que cuanto mayor sea la velocidad de rotación del aerogenerador 1, mayor será la fuerza centrífuga y aerodinámica combinada. De este modo, para una velocidad de viento dada, y por ello una velocidad de rotación dada del aerogenerador 1, se obtiene un equilibrio que coloca las palas de aerogenerador 5 en un cierto ángulo de pivote.
En un cierto punto de tiempo, se detecta un objeto en el aire que entra en una zona predefinida alrededor del aerogenerador 1, y se proporciona un valor de altura de punta máxima permisible. El objeto en el aire, por ejemplo, podría ser en forma de un avión, una o más aves, enjambres de insectos, etc. El valor de altura de punta máxima permisible representa la altura de punta máxima permisible que se permite que tenga el aerogenerador 1 bajo las condiciones imperantes en tiempo real, en particular dado que el objeto en el aire detectado está entrando en la zona predefinida alrededor del aerogenerador 1. El valor de altura de punta máxima puede ser un valor fijo que se establezca por la unidad de control en base a la posición del objeto en el aire y su dirección de movimiento.
La altura de punta actual H del aerogenerador 1 se compara entonces con el valor de altura de punta máxima permisible. En el caso de que se revele que la altura de punta actual H excede el valor de altura de punta máxima permisible, la altura de punta H del aerogenerador 1 necesita ser reducida para que quede por debajo del valor de altura de punta máxima permisible. Por consiguiente, el ángulo de pivote de las palas de aerogenerador 5 se ajusta a un ángulo de pivote P que da como resultado una altura de punta H que está por debajo del valor de altura de punta máxima permisible. Operar el aerogenerador 1 con las palas de aerogenerador 5 dispuestas en este ángulo de pivote P tendrá, por consiguiente, la consecuencia de que no se exceda el valor de altura de punta máxima permisible.
El ángulo de pivote P de las palas de aerogenerador 5 se puede ajustar de la siguiente manera. Como se describió anteriormente, los cables 8 tiran de las palas de aerogenerador 5 hacia una posición que define un ángulo de pivote mínimo y, por ello, un diámetro de rotor máximo del aerogenerador 1. En el caso de que sea necesario reducir la altura de punta H con el fin de evitar la colisión con un objeto en el aire entrante, se reduce la fuerza de tracción aplicada a las palas de aerogenerador 5 por los cables 8. Esto permite que las palas de aerogenerador 5 se muevan más fácilmente hacia un ángulo de pivote mayor y, por ello, hacia un diámetro de rotor más pequeño y una altura de punta más baja. Por consiguiente, el aerogenerador 1 se operará con un diámetro de rotor más pequeño y, por ello, con una altura de punta más baja. Esto evita colisiones entre los objetos en el aire y el aerogenerador 1 mientras que se mantiene la producción de energía.
El aerogenerador 1 ilustrado en la Fig. 2 se opera con el diámetro de rotor máximo, por ejemplo, con una fuerza máxima aplicada a las palas de aerogenerador 5 por los cables 8. En el aerogenerador 1 de la Fig. 2, la fuerza aplicada a las palas de aerogenerador 5 por los cables 8 se ha disminuido, dando como resultado un ángulo de pivote P aumentado, un diámetro de rotor disminuido, una altura de punta H reducida y, por ello, evitando la colisión con el objeto en el aire mientras que se mantiene la producción de energía por el aerogenerador 1.
Operando el aerogenerador 1 de tal manera que la altura de punta H se reduce si se detecta un objeto en el aire, se evitan colisiones mientras que el aerogenerador 1 sigue operando y por lo tanto sigue produciendo energía. Esto es posible porque las palas de aerogenerador 5 pivotantes permiten que el diámetro de rotor se varíe, ajustando por ello la altura de punta H del aerogenerador 1. Por consiguiente, se puede evitar un objeto en el aire mientras que se mantiene la producción de energía del aerogenerador 1.
Las Figs. 4 y 5 muestran detalles de un mecanismo para ajustar un ángulo de pivote de las palas de aerogenerador 5 de un aerogenerador según una realización de la invención. El aerogenerador podría ser, por ejemplo, el aerogenerador 1 de las Figs. 1-3.
La Fig. 4 muestra una parte de una estructura portante de palas 4 y un parte de una pala de aerogenerador 5. La pala de aerogenerador 5 está montada de manera pivotante en la estructura portante de palas 4 a través de una bisagra (no mostrada). Un cable 8 está conectado a la pala de aerogenerador 5 en una posición entre un extremo de punta interno 5a de la pala de aerogenerador 5 y la posición de la bisagra. El cable 8 se extiende desde la posición de conexión en la pala de aerogenerador 5, a través de una polea 9 y a lo largo de la estructura portante de palas 4 hacia un buje (no mostrado).
Una fuerza de tracción aplicada por medio del cable 8 tira de la pala de aerogenerador 5 hacia una posición que define un ángulo de pivote mínimo. En la Fig. 4, la pala de aerogenerador está dispuesta en el ángulo de pivote
mínimo. Reducir la fuerza de tracción aplicada por medio del cable 8 permitirá que la pala de aerogenerador 5 pivote más fácilmente hacia ángulos de pivote mayores, de la manera descrita anteriormente con referencia a las Figs. 1-3. La Fig. 5 es una vista en sección transversal de parte de un buje 3 y parte de una góndola 7. Los brazos de una estructura portante de palas 4 están montados en el buje 3. Los cables 8 que también se ilustran en la Fig. 4 están conectados a mecanismos de cabrestante 10 dispuestos en el buje 3. Por ello, la fuerza de tracción aplicada por medio de los cables 8 se puede ajustar girando los mecanismos de cabrestante 10, ajustando por ello la longitud de los cables 8.
La Fig. 6 ilustra un aerogenerador 1 según una realización de la invención con las palas de aerogenerador 5 dispuestas en tres ángulos de pivote diferentes. El aerogenerador 1 podría ser, por ejemplo, el aerogenerador de las Figs. 1-3.
El dibujo de más a la izquierda muestra el aerogenerador 1 con las palas de aerogenerador 5 colocadas en un ángulo de pivote mínimo y, por ello, con un diámetro de rotor máximo y una altura de punta máxima.
El dibujo central muestra el aerogenerador 1 con las palas de aerogenerador 5 colocadas en un ángulo de pivote que es mayor que el ángulo de pivote del dibujo de más a la izquierda. Por consiguiente, el diámetro de rotor del aerogenerador 1 del dibujo del medio es más pequeño que el diámetro de rotor del aerogenerador 1 del dibujo de más a la izquierda. Por ello, la altura de punta del aerogenerador 1 del dibujo del medio también es menor que la altura de punta del aerogenerador 1 del dibujo de más a la izquierda.
El dibujo de más a la derecha muestra el aerogenerador 1 con las palas de aerogenerador 5 colocadas en un ángulo de pivote incluso mayor, dando como resultado un diámetro de rotor muy pequeño, una altura de punta incluso más baja y, por ello, un riesgo incluso menor de colisión entre un objeto en el aire y el aerogenerador 1. Se puede ver que las palas de aerogenerador 5 están dispuestas sustancialmente paralelas a un eje de rotación del buje 3. Se hace referencia a esta posición algunas veces como 'modo de barril'.
La Fig. 7 es una vista esquemática que ilustra un aerogenerador 1 según una segunda realización de la invención. El aerogenerador 1 de la Fig. 7 es muy similar al aerogenerador 1 de las Figs. 1-3, y por lo tanto no se describirá en detalle aquí.
El aerogenerador 1 de la Fig. 7 no está dotado con los cables ilustrados en las Figs. 1-3. En su lugar, las palas de aerogenerador 5 se desvían hacia una posición que define un ángulo de pivote mínimo y, por ello, un diámetro de rotor máximo, por medio de un mecanismo hidráulico 11 conectado entre la estructura portante de palas 4 y la pala de aerogenerador 5, en una posición entre el extremo de punta interno 5a de la pala de aerogenerador 5 y la bisagra 6. El mecanismo hidráulico 11 aplica una fuerza de desviación a las palas de aerogenerador 5 que tira de las palas de aerogenerador 5 hacia la posición que define un ángulo de pivote mínimo. La fuerza de desviación aplicada se puede ajustar ajustando la presión del mecanismo hidráulico 11.
La Fig. 8 es una vista esquemática que ilustra un aerogenerador 1 según una tercera realización de la invención. El aerogenerador 1 de la Fig. 8 es muy similar a los aerogeneradores 1 de las Figs. 1-3 y 7, y por lo tanto no se describirá en detalle aquí.
En el aerogenerador 1 de la Fig. 8, las palas de aerogenerador 5 están conectadas a la estructura portante de palas 4 a través de una bisagra 6 en el extremo de punta interno 5a de la pala de aerogenerador 5. Además, el aerogenerador 1 de la Fig. 8 está no dotado con medios de desviación que desvíen las palas de aerogenerador 5 hacia una posición que defina un ángulo de pivote mínimo y, por ello, un diámetro de rotor máximo. En su lugar, un mecanismo hidráulico 12 está conectado entre la estructura portante de palas 4 y la pala del aerogenerador 5, y las palas de aerogenerador 5 se pueden tirar hacia una posición que define el ángulo de pivote máximo y, por ello, el diámetro de rotor mínimo por medio del mecanismo hidráulico 12. Por consiguiente, el mecanismo hidráulico 12 aplica una fuerza a las palas de aerogenerador 5 que las hace moverse en esta dirección.
En el caso de que se requiera un ajuste del ángulo de pivote P de las palas de aerogenerador 5, esto se puede obtener ajustando la fuerza aplicada a las palas de aerogenerador 5. En el aerogenerador 1 de la Fig. 8, esto se puede obtener ajustando la presión del mecanismo hidráulico 12.
La Fig. 9 es una vista esquemática que ilustra un aerogenerador 1 según una cuarta realización de la invención. El aerogenerador 1 de la Fig. 9 es muy similar a los aerogeneradores de las Figs. 1-3, 7 y 8, y por lo tanto no se describirá en detalle aquí.
De manera similar al aerogenerador 1 de la Fig. 8, las palas de aerogenerador 5 del aerogenerador 1 de la Fig. 9 están conectadas a la estructura portante de palas 4 a través de una bisagra 6 en el extremo de punta interno 5a de las palas de aerogenerador 5. No obstante, en el aerogenerador 1 de la Fig. 9, la fuerza aplicada a las palas de aerogenerador 5 las hace moverse hacia una posición que define el ángulo de pivote máximo y, por ello, el diámetro de rotor mínimo, se proporciona por medio de cables 13 conectados a cabrestantes 14 montados en la estructura portante de palas 4. En el caso de que se requiera un ajuste del ángulo de pivote de las palas de aerogenerador,
este se puede obtener operando los cabrestantes 14, ajustando por ello la longitud de los cables 13 y, por consiguiente, la fuerza de tracción aplicada.
Claims (12)
1. Un método para operar un aerogenerador (1), el aerogenerador (1) que comprende una torre (2), al menos una góndola (7) montada en la torre (2) a través de un sistema de guiñada, un buje (3) montado de manera giratoria en cada góndola (7), cada buje (3) que comprende una estructura portante de palas (4), y una o más palas de aerogenerador (5), cada pala de aerogenerador (5) que está conectada a la estructura portante de palas (4) a través de una bisagra (6) en una posición de bisagra de la pala de aerogenerador (5), cada pala de aerogenerador (5) que está dispuesta por ello para realizar movimientos de pivote con relación a la estructura portante de palas (4) entre un ángulo de pivote mínimo, que define un diámetro de rotor máximo, y un ángulo de pivote máximo, que define un diámetro de rotor mínimo, el método que se caracteriza por los pasos de:
- detectar un objeto en el aire que entra en una zona predefinida alrededor del aerogenerador (1),
- comparar una altura de punta (H) actual del aerogenerador (1) con un valor de altura de punta máxima, el valor de altura de punta máxima que representa la altura de punta máxima permisible bajo las condiciones imperantes actualmente, incluyendo el objeto en el aire detectado, y
- en caso de que la altura de punta (H) actual exceda el valor de altura de punta máxima, ajustar el ángulo de pivote (P) de las palas de aerogenerador (5) con el fin de disminuir la altura de punta (H) del aerogenerador (1) a un valor por debajo del valor de altura de punta máxima.
2. Un método según la reivindicación 1, que comprende además el paso de aplicar una fuerza de desviación a las palas de aerogenerador (5) que desvía las palas de aerogenerador (5) hacia una posición que define un ángulo de pivote mínimo, y en donde el paso de ajustar el ángulo de pivote (P) de las palas de aerogenerador (5) comprende reducir la fuerza de desviación aplicada a las palas de aerogenerador (5).
3. Un método según la reivindicación 1, en donde el paso de ajustar el ángulo de pivote (P) de las palas de aerogenerador (5) comprende aplicar una fuerza a las palas de aerogenerador (5) lo que hace que las palas de aerogenerador (5) se muevan hacia una posición que aumenta el ángulo de pivote (P).
4. Un método según la reivindicación 1, en donde el paso de ajustar el ángulo de pivote (P) de las palas de aerogenerador (5) comprende ajustar una velocidad de rotación del aerogenerador (1) y/o un par de generador del aerogenerador (1).
5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además el paso de calcular el valor de altura de punta máxima en base a un valor de velocidad de punta máxima permisible.
6. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el paso de detectar un objeto en el aire se realiza por medio de detección por radar.
7. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además el paso de ajustar el ángulo de pivote (P) de las palas de aerogenerador (5) con el fin de disminuir la altura de punta del aerogenerador (1) en base a una condición de tiempo.
8. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además los pasos de:
- detectar que el objeto en el aire ya no está dentro de la zona predefinida alrededor del aerogenerador (1), y - ajustar el ángulo de pivote (P) de las palas de aerogenerador (5) con el fin de aumentar la altura de punta del aerogenerador (1).
9. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además el paso de generar una señal que indica la altura de punta actual del aerogenerador (1).
10. Un aerogenerador (1) que comprende una torre (2), al menos una góndola (7) montada en la torre (2) a través de un sistema de guiñada, un buje (3) montado de manera giratoria en cada góndola (7), cada buje (3) que comprende una estructura portante de palas (4), y una o más palas de aerogenerador (5), cada pala de aerogenerador (5) que está conectada a la estructura portante de palas (4) a través de una bisagra (6) en una posición de bisagra de la pala de aerogenerador (5), cada pala de aerogenerador (5) que está dispuesta por ello para realizar movimientos de pivote con relación a la estructura portante de palas (4) entre un ángulo de pivote mínimo, que define un diámetro de rotor máximo, y ángulo de pivote máximo, que define un diámetro de rotor mínimo,
en donde el aerogenerador (1) se caracteriza además por un mecanismo (8, 10, 11, 12, 13, 14) dispuesto para ajustar el ángulo de pivote (P) de las palas de aerogenerador (5) hacia una posición que define un ángulo de pivote máximo en respuesta a una señal que indica que se ha detectado un objeto en el aire que entra en una zona predefinida alrededor del aerogenerador (1), disminuyendo por ello la altura de punta.
11. Un aerogenerador (1) según la reivindicación 10, que comprende además un mecanismo de desviación (8, 10, 11) dispuesto para aplicar una fuerza de desviación a las palas de aerogenerador (5) que desvía las palas de
aerogenerador (5) hacia una posición que define un ángulo de pivote mínimo, y en donde el mecanismo (8, 10, 11) dispuesto para ajustar el ángulo de pivote (P) de las palas de aerogenerador (5) está dispuesto para reducir la fuerza de desviación aplicada.
12. Un aerogenerador (1) según la reivindicación 10 u 11, en donde el aerogenerador (1) es un aerogenerador a favor del viento.
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