PT2422080T

PT2422080T - Extracção da energia das ondas numa instalação de turbina eólica

Info

Publication number: PT2422080T
Application number: PT107177297T
Authority: PT
Inventors: Skaare Bjorn
Original assignee: Hywind As
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2016-09-13
Also published as: KR20160133578A; US20120098265A1; GB0907132D0; BRPI1015099A2; CA2759575C; WO2010122316A1; CN102575646B; ES2588937T3; JP5819286B2; CA2759575A1; HK1167699A1; US9702344B2; CN102575646A; JP2012524865A; BRPI1015099B1; KR101741268B1; EP2422080A1; WO2010122316A8; EP2422080B1

Description

DESCRIÇÃO

"EXTRACÇÃO DA ENERGIA DAS ONDAS NUMA INSTALAÇÃO DE TURBINA EÓLICA"

Descrição A presente invenção diz respeito a um campo de turbinas eólicas flutuantes. Mais particularmente, diz respeito a um sistema de controlo para instalações de turbinas eólicas que maximiza a energia obtida a partir de movimentos induzidos pelas ondas.

Uma instalação de energia eólica é normalmente formada por uma estrutura de suporte que compreende uma torre alongada, com uma zona adequada de fixação (nacela -"barquinha"), e um rotor ligado à extremidade superior da estrutura de suporte. 0 gerador e os componentes electro-nicos associados são geralmente localizados na zona adequada de fixação (nacela - "barquinha") embora possam ser localizados noutro qualquer local, tal como na base da estrutura de suporte.

As turbinas de vento de base fixa que são fixadas, quer na terra ou no fundo do mar são bem conhecidas. No entanto, recentemente tem havido um desejo para desenvolver turbinas eólicas flutuantes e têm sido propostas várias estruturas. Um exemplo é uma instalação de turbina eólica, onde uma estrutura de turbina eólica convencional é montada sobre uma base flutuante, tal como uma plataforma ou estrutura semelhante à de jangada. Uma outra proposta é uma estrutura de tipo "bóia de longarina". Uma tal estrutura é formada por uma estrutura de suporte flutuante alongada com um rotor montado na parte superior. A estrutura de suporte pode ser uma estrutura unitária ou pode ser uma sub-estrutura alongada (semelhante a uma bóia de longarina convencional) com uma torre padrão montada sobre a mesma.

As instalações de turbina eólica flutuante podem ser amarradas ao fundo do mar através de uma ou mais linhas de amarração com âncoras, ou ligadas ao fundo do mar com uma ou mais pernas articuladas (charneiras), por exemplo, a fim de mantê-las no seu sitio de instalação desejado.

Em turbinas eólicas convencionais, a velocidade do rotor é controlada, a fim de regular a potência de saida. A maneira pela gual isto é feito depende do facto de a velocidade do vento se encontrar acima ou abaixo da assim denominada velocidade de vento nominal para a turbina. Para uma determinada turbina eólica e velocidade de vento, a potência aerodinâmica depende do coeficiente de potência CP da turbina. Esta é uma função do ângulo de inclinação da pá β e do rácio de velocidade periférica A. Este último é definido como a velocidade à qual as pontas exteriores das pás do rotor se estão a mover dividida pela velocidade do vento. Cada turbina tem um rácio óptimo de velocidade periférica caracteristico (em que o CP é maximizado), o qual está geralmente, entre 8 e 10. A velocidade do vento nominal de uma turbina é a mais baixa velocidade de vento para a qual pode ser gerada a potência máxima. Quando se actua com ventos abaixo da velocidade de vento nominal, o objectivo de controlo é o de maximizar a potência de saída e assim o coeficiente de potência deve ser maximizado. Isto corresponde a um valor óptimo do rácio de velocidade periférica. Este regime de actuação é conhecido como o regime de potência máxima. 0 rácio de velocidade periférica pode ser optimizado pelo ajustamento do ângulo de inclinação da pá para fazer variar o binário aerodinâmico produzido pela turbina, ou pelo ajustamento do binário da carga do gerador experimentado pelo rotor. Esta última disposição de arranjo é preferível, porque permite que a inclinação da pá seja definida para o ângulo de inclinação mínimo (β = 0) (isto é, o ângulo mais vulgar), o qual maximiza o coeficiente de potência CP. Para um determinado ângulo de inclinação da pá, o binário apresentado à turbina que maximiza o coeficiente de potência pode ser apresentado para que seja proporcional ao quadrado da velocidade angular do rotor.

Em contraste, quando se actua acima da velocidade de vento nominal, a inclinação da pá é ajustada com o objectivo de produzir uma saída de potência constante, independentemente da variação na velocidade do vento para evitar saidas de potência excessivamente elevadas que podem danificar o gerador e/ou os seus associados componentes electrónicos. Esta potência constante é referida como a potência nominal da turbina eólica. Assim, quando a velocidade de vento aumenta, é aumentada a inclinação da pá, ou seja, tornada mais paralela à direcção do vento, a fim de reduzir o binário aerodinâmico, com vista a manter a potência constante. Quando o binário do gerador é variável, este pode ser aumentado para permitir que a potência de saida possa aumentar, mesmo quando a turbina tenha atingido a sua velocidade máxima de projecto. Na verdade, é possível e é bastante comum para alterar tanto a inclinação como o binário do gerador, acima da velocidade de vento nominal, a fim de se alcançar uma produção suave de potência do gerador. 0 binário do gerador, TG, é então tipicamente controlado de acordo com TG = PGmax/^Gr onde PGmax é a máxima (ou nominal) potência do gerador e wG é a velocidade do gerador.

As turbinas eólicas flutuantes inevitavelmente sofrem movimentos significativos devido à acção sobre elas da corrente de vento e das ondas. As ondas em particular motivam que a torre oscile para frequências de cerca de 0,05 a 0,2 Hz. Estes são movimentos de corpo rígido (impulso acoplado com a inclinação, mas principalmente a inclinação) . Normalmente, o tamanho das oscilações é minimizado através da modificação da geometria e distribuição de peso da turbina eólica flutuante.

No entanto, tem sido reconhecido que a potência pode ser extraida a partir das ondas por uma turbina eólica. Tal como estabelecido no documento de patente WO 2005/021961, a turbina pode actuar como um mecanismo de amortecimento para movimentos induzidos pelas ondas e assim extrair a potência a partir das ondas. A quantidade de potência extraida a partir das ondas depende da forma como as pás da turbina eólica são controladas em relação à velocidade instantânea do vento na relação com as pás do rotor. Em particular, sugere-se que a inclinação da pá seja controlada em resposta ao movimento da torre de modo a que os coeficientes de propulsão e de potência aumentem com o aumento da velocidade relativa do vento. (Um coeficiente de propulsão aumentado implica uma maior força de propulsão que actua sobre a área do rotor). A aplicação assinala também que a potência máxima será extraida se o sistema oscilar em ressonância com as ondas.

Deve notar-se que a extracção de potência das ondas desta forma apenas é útil quando se estiver a actuar abaixo da velocidade de vento nominal (o regime de potência máxima); quando a velocidade do vento é mais elevada do que a velocidade de vento nominal, a potência de saida máxima pode ser obtida apenas a partir da energia eólica.

Como acima referido, no contexto do controlo da turbina convencional, nesta região é conveniente para o binário do gerador, que seja ajustado para manter a velocidade periférica óptima (e, portanto, maximizar o coeficiente de potência) em vez da inclinação da pá. Uma vez que o valor de binário óptimo é uma função da velocidade do rotor, ele pode ser obtido no estado estável utilizando controladores convencionais. No entanto, em tais controladores, existe um atraso significativo entre uma mudança na velocidade relativa do vento e o ajustamento do binário. Isto é inerente nos sistemas de controlo conhecidos uma vez que existe uma significativa constante de tempo a partir da alteração na velocidade do vento com a correspondente alteração na velocidade do rotor (a qual é medida). Em primeiro lugar, existe um atraso entre a alteração na velocidade do vento e a alteração no binário aerodinâmico que ela provoca, e em segundo lugar, devido ao grande momento de inércia do rotor, há um atraso entre a alteração do binário aerodinâmico e a alteração na velocidade do rotor que ela provoca.

Este tipo de constantes de tempo não constitui séria desvantagem no controlo convencional de turbinas eólicas porque as alterações significativas sustentadas na velocidade do vento ocorrem geralmente durante um período de tempo muito mais longo. No entanto, a constante de tempo combinada é significativamente maior do que o período das oscilações induzidas por onda e por isso, é impossível utilizar um controlador de binário convencional para maximizar completamente a extracção de potência a partir do movimento induzido pelas ondas. Com efeito, pode ser mostrado que o resultado da utilização de um tal sistema de controlo convencional é a perda de quase metade da energia disponível das ondas.

De acordo com a invenção, é proporcionado um controlador para uma turbina eólica flutuante, sendo o controlador adaptado para, com a velocidade do vento abaixo da nominal, fazer com que a turbina eólica possa extrair energia a partir do movimento da turbina induzido pelas ondas, em que o controlador controla a velocidade do rotor da turbina através do controlo do binário de carga apresentado ao rotor de tal modo que a velocidade do rotor varia em resposta ao movimento induzido pelas ondas.

Uma vez que o controlador da presente invenção controla a turbina através do controlo do binário da carga, ele permite que a inclinação da pá seja ajustada para o seu valor óptimo, permitindo assim uma maior potência de saída do que no sistema da tecnologia anterior, onde a inclinação da pá deve ser variada em resposta a alterações induzidas pela onda na velocidade do vento relativa. Assim, a invenção baseia-se no reconhecimento de que, surpreendentemente, um controlador de binário adequadamente concebido pode ser utilizado neste contexto. Como consequência, pode ser obtido um aumento significativo na quantidade de energia originária das ondas. 0 valor óptimo da inclinação da pá é tipicamente o seu ângulo mínimo de inclinação (aqui descrito como 0 graus), o que normalmente corresponde ao valor máximo do coeficiente de potência da turbina CP. Assim, numa forma preferida da invenção, a inclinação da pá β é definida na sua configuração minima ou aproximadamente aquela configuração. No entanto, em alguns modelos de realização, pode ser útil algum (tipicamente pequeno) ajustamento da inclinação da pá, com o fim de maximizar a potência de saida e/ou facilitar o controlo suave. 0 controlador da presente invenção está disposto em arranjo de tal modo que a velocidade do rotor pode essencialmente manter o seu rácio óptimo de velocidade periférica conforme a estrutura da turbina se mova em oscilações induzidas pelas ondas. Assim, determina-se preferivelmente a velocidade desejada do rotor (cúref) para proporcionar este rácio e ajusta-se em conformidade o binário da carga. Desde que isto possa ser conseguido enquanto é também ajustado o ângulo de inclinação da pá para o seu valor óptimo permitir-se-á que a potência de saida da turbina possa ser maximizada, possibilitando que a turbina possa actuar no seu coeficiente de potência óptimo. 0 controlador de preferência, controla o binário baseado numa entrada que é um indicativo do movimento (induzido pelas ondas) da turbina. Isto pode ser conseguido proporcionando o controlador com um sinal de entrada com base na velocidade de topo da torre da estrutura. Isto pode mais convenientemente ser uma medição de velocidade directa (x) . Desta maneira, o movimento da torre pode ser tido em conta pelo controlador quando na determinação do binário do gerador.

Mais preferencialmente, o sinal de velocidade da torre é utilizado para determinar o componente da velocidade desejada do rotor devido ao movimento da torre induzido pelas ondas (referido aqui como o "componente de onda"). Isto pode, por exemplo, ser determinado com base no rácio da velocidade periférica pretendido. Por exemplo, o componente de onda da velocidade do rotor pode ser calculado a partir do produto do rácio de velocidade periférica e da velocidade da torre dividida pelo raio do rotor.

Num modelo de realização, a velocidade desejada ou de "referência" do rotor é definida como a soma do componente da onda e um componente ("componente de vento") de estado estável (apenas o vento). Esta velocidade de referência pode então ser utilizada para calcular o binário desejado. Tipicamente, o binário requerido é proporcional ao quadrado da velocidade de referência do rotor. 0 componente de vento é de preferência obtido por filtragem da velocidade medida do rotor utilizando, por exemplo, um filtro de passa-banda ou um de passa-baixo para remover os componentes que estão associados com o movimento da onda. Este componente filtrado pode então ser utilizado para derivar o respectivo componente do binário desejado, por exemplo, utilizando uma tabela de consulta ou uma fórmula apropriada.

Numa implementação típica, o controlador calcula dois componentes do binário requerido, um deles baseado no (filtrado) componente de velocidade de rotor de estado estável e um outro com base no componente de velocidade de rotor induzida por onda. Estes dois componentes podem então ser somados para produzirem o valor de binário desejado. Será tomado em consideração que o primeiro componente pode ser obtido de um modo semelhante ao de um controlador baseado em binário convencional (isto é, um que não está concebido para optimizar a energia da onda). 0 outro componente é de preferência determinado por meio de um controlador proporcional (P) ou controlador derivado proporcional (PD).

Num modelo de realização da invenção, o controlador compreende um circuito de controlo tendo ramos separados para calcular os acima descritos dois componentes do binário do rotor desejado.

De preferência, um primeiro ramo tem como entrada a velocidade do rotor, aplica-se um filtro passa-baixo à mesma e, em seguida, determina-se o respectivo componente do binário desejado, por exemplo com base no binário desejado sendo proporcional ao quadrado da velocidade do rotor filtrada. 0 segundo ramo tem, de preferência como sua entrada a diferença entre a velocidade do rotor e a velocidade do rotor de referência (isto é, uma medida do componente de onda da velocidade do rotor desejada). Calcula-se o respectivo componente do binário desejado, de preferência utilizando um controlador proporcional ou derivado proporcional.

Quando as saldas dos dois ramos são somadas, o valor de binário desejado é produzido e este pode ser comparado por um controlador de binário com o valor real do binário, a fim de determinar a sarda de controlo necessário.

Será visto que o controlador pode, portanto, ter entradas para os sinais que representam a velocidade do rotor e a velocidade da torre.

Num modelo de realização alternativo, em adição com a velocidade medida da torre, é utilizada uma entrada adicional, a qual é uma estimativa da média da velocidade do vento. Neste caso, o componente de vento da velocidade do rotor pode ser determinada directamente a partir da velocidade do vento estimada, por exemplo, como o produto do rácio da velocidade periférica óptimo e da velocidade do vento estimada dividida pelo raio do rotor.

Neste modelo de realização, não há necessidade de determinar os componentes separados do binário e o controlador não precisa de ter os dois ramos acima descritos. Em vez disso, o controlador pode ter um único circuito de controlo, onde um valor da velocidade real do rotor é comparada com a velocidade de referência do rotor e a diferença é utilizada para determinar o valor de binário desejado, por exemplo utilizando um controlador proporcional ou derivado proporcional, tal como acima estabelecido.

Nas formas preferidas da invenção, a turbina está ligada a uma rede de energia que lhe permite tirar corrente durante certas partes do ciclo oscilatório da torre. Isto pode ser necessário em alguns modelos de realização para conseguir a monitorização satisfatória da velocidade do rotor.

Deve notar-se que, tal como com sistemas anteriores, a invenção é útil para velocidades de vento abaixo da velocidade do vento nominal da turbina. Uma vez que a velocidade do vento seja excedida, pode haver poucos momentos para se obter energia a partir de ondas. 0 controlador pode, portanto, ser utilizado em conjunto com, ou fazer parte de, um controlador que permita que a turbina actue em regime de potência constante na maneira bem conhecida na tecnologia. Assim, o controlador da presente invenção pode ser configurado para não permitir a funcionalidade acima descrita (onda-relacionada) para uma dada velocidade de vento (por exemplo, a velocidade do vento nominal ou um valor próximo da mesma). A invenção também se estende a uma estrutura de turbina eólica que compreende um controlador, como descrito acima.

Assim, de acordo com uma vertente adicional da invenção é proporcionada uma estrutura de turbina eólica flutuante compreendendo uma torre flutuante com uma turbina eólica montada na mesma e um controlador, estando a turbina eólica disposta em arranjo para transportar uma carga, a qual apresenta um binário na mesma e estando adaptada para, abaixo da velocidade do vento nominal, extrair energia a partir do movimento da turbina induzido pelas ondas, em que o controlador controla a velocidade do rotor da turbina através do controlo do binário da carga de tal forma que a velocidade do rotor varia em resposta ao movimento induzido pela onda.

Deve ser entendido que "flutuante" quer referir-se à natureza da estrutura, ou seja, uma que se destina a flutuar num corpo de água, independentemente do facto de ela estar efectivamente flutuante. A estrutura pode tomar qualquer das formas conhecidas, mas é particularmente preferível que seja do tipo que tem um apoio flutuante alongado acima descrito. A carga pode, mais genericamente, ser um gerador eléctrico, embora pudesse ser, por exemplo, um dispositivo hidráulico. Uma disposição de arranjo de um tipo de engrenagens será normalmente proporcionada entre a turbina e a carga. De preferência, a carga é um gerador de binário variável. 0 controlador de preferência é tal como ainda descrito acima. A invenção também se estende a um método de controlo correspondente. Assim, visto ainda de uma vertente adicional, a invenção proporciona um método de controlo de uma turbina eólica flutuante de tal modo que a turbina eólica extrai energia a partir do movimento da turbina induzido pela onda, quando a turbina eólica está a actuar abaixo da velocidade do vento nominal, em que a velocidade do rotor da turbina é controlada através do controlo do binário de carga apresentada ao rotor de tal modo que a velocidade do rotor varia em resposta ao movimento induzido pela onda.

De um modo preferido, o método incorpora as etapas de controlo e/ou a utilização de um controlador, como descrito acima.

Como será evidente para um especialista com competência na tecnologia, o controlador irá normalmente ser proporcionado sob a forma de software. Assim, o controlador compreende um processador para executar este software. Os processadores por exemplo, podem ser microprocessadores . A presente invenção também diz respeito a um produto de software compreendendo instruções que, quando executadas por um processador fazem com que o processador possa controlar uma estrutura de turbina eólica flutuante de tal modo que a turbina eólica extrai energia a partir do movimento da turbina induzido pelas ondas, quando a turbina eólica está a actuar abaixo da velocidade do vento nominal, em que a velocidade do rotor da turbina é controlada através do controlo do binário de carga apresentada ao rotor de tal modo que a velocidade do rotor varia em resposta ao movimento induzido pela onda.

De preferência, o produto de software é um portador de dados físicos. Por exemplo, um CD ou um disco flexível.

Em alternativa, ou em acréscimo, o produto de software pode ser proporcionado sob a forma de instruções transmitidas sobre uma rede, tal como por exemplo descarregado através da Internet. A presente invenção também diz respeito a um método de fabrico de um produto de software que está na forma de um suporte físico, compreendendo o armazenamento sobre as instruções de suporte de dados que, quando executadas por um processador fazem com que o processador possa controlar uma estrutura de turbina eólica flutuante tal que a turbina eólica extrai energia a partir do movimento da turbina induzido pelas ondas, quando a turbina eólica está a actuar abaixo da velocidade do vento nominal, em que a velocidade do rotor da turbina é controlada através do controlo do binário de carga apresentada ao rotor de tal modo que a velocidade do rotor varia em resposta ao movimento induzido pela onda.

Como será discutido em baixo com mais detalhe, os resultados da simulação (utilizando Simo-Riflex-Hawc2) com base num modelo de realização sobre a invenção, assumindo a velocidade do vento constante e ondas regulares com amplitude de 2 m e um período de 9 segundos, apresentou aumentos na extracção de energia das ondas a partir de 2,46% a 6,69% comparados o controlo convencional.

Alguns modelos de realização da invenção serão agora descritos, por meio apenas de exemplo, e com referência aos desenhos anexos: A Figura 1 é um gráfico que mostra os valores não-dimensionais da velocidade do vento (100), o binário aerodinâmico (101) e a velocidade do rotor (102) para uma turbina eólica típica como uma função do tempo; A Figura 2 é um gráfico que mostra a velocidade do rotor em função da velocidade do vento para uma turbina eólica, que actua com um rácio velocidade periférica óptimo (103) e uma curva real para uma turbina eólica típica tal como implementada na HAWC2 (104); A Figura 3 é um gráfico que mostra a potência aerodinâmica de referência como função da velocidade do vento para uma turbina eólica, que actua com um rácio velocidade periférica óptimo (103) e uma curva real de uma turbina eólica tipica tal como implementada na HAWC2 (104); A Figura 4 é um gráfico que mostra a potência aerodinâmica como função da velocidade do rotor para uma turbina eólica, que actua com um rácio velocidade periférica óptimo (103) e uma curva real de uma turbina eólica tipica tal como implementada na HAWC2 (104); A Figura 5 é um gráfico que mostra o coeficiente de potência como função do rácio de velocidade periférica para o ângulo de inclinação da pá de zero para uma turbina eólica típica; A Figura 6 é um gráfico que mostra a potência aerodinâmica como função do tempo durante a simulação com uma velocidade do vento constante de 6 m/s e um movimento sinusoidal da torre com uma amplitude da velocidade de 1,18 m/s e de um período de 9 segundos; A Figura 7 é um gráfico que mostra a potência aerodinâmica como função da velocidade do vento relativa durante a simulação com uma velocidade do vento constante de 6 m/s e um movimento sinusoidal da torre com uma amplitude da velocidade de 1,18 m/s e de um período de 9 segundos; A Figura 8 é um diagrama de um controlador de binário convencional; A Figura 9a é um diagrama de um controlador de binário de acordo com um modelo de realização da invenção; A Figura 9b é um diagrama de um controlador de binário de acordo com um modelo de realização alternativo da invenção; A Figura 9c é um diagrama, mostrando uma característica adicional opcional para os controladores das Figuras 9a e 9b; A Figura 10 é um diagrama de Bode para o controlador de P da velocidade do rotor de circuito fechado que pode ser utilizado nos modelos de realização; A Figura 11 é um gráfico instantâneo da velocidade de topo da torre durante simulações de turbinas eólicas flutuantes com controlo convencional (azul) e controlo de velocidade de rotor óptima (vermelho); A Figura 12 é um gráfico instantâneo da velocidade do rotor durante simulações de turbinas eólicas flutuantes com o controlo convencional (105) e controlo de velocidade de rotor óptima (106), juntamente com o sinal de referência de velocidade de rotor óptima (107); A Figura 13 é um gráfico instantâneo de potência aerodinâmica durante as simulações de turbinas eólicas flutuantes com o controlo convencional (105) e controlo de velocidade de rotor óptima (106); A Figura 14 é um gráfico instantâneo da potência do gerador durante as simulações com turbinas eólicas flutuantes com controlo convencional (105) e controlo de velocidade de rotor óptima (106); e A Figura 15 é uma turbina eólica que incorpora um controlador de acordo com um modelo de realização da invenção.

Voltando em primeiro lugar à Figura 15, nela está ilustrado uma montagem de turbina eólica flutuante 1. Ela compreende um rotor de turbina 2 montado na nacela 3. A nacela é por sua vez montada no topo de uma estrutura que compreende uma torre 4 fixada à parte superior de um corpo flutuante 5 sob a forma genérica de uma bóia de longarina. 0 corpo flutuante é fixado ao fundo do mar por um ou mais cabos de ancoragem 7 (é mostrado apenas um) . A nacela contém um gerador eléctrico, que está ligado ao rotor de turbina por meio de uma engrenagem de redução de uma maneira convencional (estes elementos não são mostrados). Alternativamente, a montagem pode compreender um gerador accionado directamente. A nacela, também contém uma unidade de controlo.

Quando o rotor é girado pelo vento faz com que o gerador possa produzir energia eléctrica de maneira bem conhecida. 0 rotor compreende pás de inclinação variável cujo ângulo de inclinação β pode ser ajustado pela unidade de controlo. 0 ajustamento minimo da inclinação é definido como a posição zero graus. Outras configurações são representadas por um ângulo positivo. A configuração óptima do ângulo de inclinação no que diz respeito ao coeficiente de potência é igual a zero, com pequenas variações em torno deste valor. 0 controlador também actua de modo a variar o binário que o gerador proporciona como uma carga para o rotor da turbina 2. Assim, para uma dada velocidade do rotor, a energia obtida a partir do vento, e portanto, a potência de saida a partir do gerador, pode ser variada. A variação da inclinação das pás e/ou o binário são utilizados para assegurarem que a turbina actua dentro dos seus limites de velocidade de rotor e de potência de saida. A velocidade do vento mais baixa para a qual a potência máxima pode ser obtida é denominada de velocidade nominal do vento para a turbina.

Uma vez que a montagem da turbina 1 está a flutuar no mar (ou outra grande massa de água) , ela está sujeita a movimento induzido pelas ondas. (As ondas 9 sobre a superfície da água são mostradas esquematicamente.) Como a montagem da turbina 1 se move para trás e para a frente em relação ao vento, devido à agitação das ondas, é possível extrair energia das ondas sob actuação abaixo da velocidade nominal do vento para a turbina (não teria sido útil fazê-lo acima da velocidade nominal do vento). Sob a hipótese de vento estável e movimento harmónico para uma turbina eólica flutuante, a velocidade relativa entre o vento e a turbina pode ser escrita como

d) onde Ur é a velocidade do vento relativa, Uw é a velocidade do vento de entrada, UA é a amplitude da velocidade do movimento harmónico da turbina eólica flutuante, ω é a frequência do movimento harmónico, t é tempo e Θ é um ângulo de fase. Ao assumir o coeficiente de potência CP como constante, a potência aerodinâmica debitada pela turbina pode ser escrita como

(2) onde Pé a potência aerodinâmica a partir da turbina, pa é a densidade do ar e A é a área varrida pelo rotor. Por substituição de (1) em (2), a produção de energia ao longo de um ciclo de oscilação é encontrada por ser

(3) onde

é o período de um ciclo de oscilação. Esta equação proporciona o valor alcançável máximo de E, isto é, onde o coeficiente de potência CP é mantido a um valor constante, máximo. 0 CP é uma função de ambos, da inclinação /3, da pá, e do rácio de velocidade periférica A (a velocidade periférica do rotor dividida pela velocidade do vento, isto é A = rco/UR onde ré o raio do rotor) de modo que este, por sua vez requer que a velocidade do rotor varie com o movimento harmónico de tal modo que o rácio da velocidade periférica A é mantido a um valor constante, óptimo. Por outras palavras, para se alcançar o valor máximo de E, a velocidade do rotor deve variar com a variação da velocidade do vento relativa durante cada ciclo de oscilação.

Deixando de lado por enquanto, a questão de alterações induzidas pelas ondas na velocidade do vento relativa, a turbina eólica é disposta em arranjo de modo a manter o rácio de velocidade periférica para o valor óptimo (ou pelo menos o mais próximo dele possível) em resposta a alterações na velocidade do vento quando a turbina actua abaixo da velocidade do vento nominal. A fim de fazer isso, o binário do qerador para uma turbina eólica de velocidade variável, tal como esta, pode ser controlado de uma maneira conhecida. (Este regime de actuação é muitas vezes referido como o regime de potência máxima.) 0 ideal do ponto de actuação da turbina é considerado estar na parte de topo da parábola na curva do coeficiente de potência mostrado na Figura 5, com a inclinação da pá minima β (isto é β = 0) e esta é a configuração utilizada nos modelos de realização aqui descritos. No entanto, em modelos de realização alternativos, as pequenas alterações a esta configuração podem ser feitas ao mesmo tempo que actuam no regime de potência máxima para optimizar ainda mars a actuação.

Uma curva de binário óptimo do gerador como função da velocidade do rotor pode ser encontrada da seguinte maneira:

Dado que a potência Pé o produto da velocidade angular e do binário, segue-se que TEL = P/o)t e assim o binário do gerador desejado, ou óptimo transformado para o lado de baixa velocidade da engrenagem como uma função da velocidade do rotor, é dado conforme

(4) onde TEL é o binário do gerador transformado para o lado de baixa velocidade da engrenagem assumindo uma engrenagem ideal sem perdas, mt é a velocidade do rotor, Áopt é o rácio da velocidade periférica óptimo, réo raio do rotor, e a constante Cel é dado como

. De modo equivalente, uma vez que para o rácio de engrenagem n: lo binário de gerador está relacionado com o binário visto pelo rotor por TG = TELln e mt = ugln o binário de gerador óptimo como função da velocidade do gerador no lado da velocidade alta da engrenagem pode ser como escrito como

(5) onde cúg é a velocidade do gerador, n é o rácio de transmissão, TG é o binário do gerador no lado da alta velocidade da engrenagem e o CG constante é dado como

Se um controlador de binário de gerador é baseado sobre (4) e (5) por si só, é importante notar que o rácio da velocidade periférica óptimo é alcançado apenas no estado estável. Existe uma determinada constante de tempo a partir de uma alteração na velocidade do vento para uma correspondente alteração na velocidade do rotor. 0 rácio da velocidade periférica óptimo é, portanto, apenas alcançado em torno de um valor médio da velocidade do vento. Em primeiro lugar, existe uma constante de tempo a partir de uma alteração na velocidade do vento para uma alteração no binário aerodinâmico. Em segundo lugar, existe uma constante de tempo a partir de uma alteração no binário aerodinâmico para uma alteração na velocidade do rotor, devido ao grande momento de inércia do rotor.

Isto é ilustrado na Figura 1, onde, valores transitórios não dimensionais da velocidade do vento, o binário aerodinâmico e a velocidade do rotor estão traçados como uma função do tempo para um escalão na velocidade do vento a partir de 6 para 7 m/s. Todas as variáveis têm sido transformadas para assumirem valores entre 0 e 1, a fim de simplificar a comparação das constantes de tempo. 0 binário aerodinâmico atinge o seu valor de estado estável em 1,5 segundos, enquanto a velocidade do rotor atinge o seu valor de estado estável depois de 85 segundos, o qual é muito maior do que o periodo normal do movimento induzido pelas ondas. A turbina utilizada no modelo de realização da invenção é uma tipica turbina de 2,3 MW. As Figuras 2 a 5 ilustram algumas relações entre o coeficiente de potência, o rácio de velocidade periférica, a potência aerodinâmica, a velocidade do rotor e a velocidade do vento para uma tal turbina e a curva óptima correspondente. A velocidade do rotor é mostrada como uma função da velocidade do vento para uma turbina que actua com um rácio de velocidade periférica óptimo e a curva real para a turbina na Figura 2. A razão para as grandes diferenças para a velocidade do vento acima de cerca de 8 m/s é devido às restrições na velocidade máxima permitida para o rotor para a turbina, a qual é igual a 1,78 rad/s para esta turbina especifica. 0 efeito de não ser capaz de fazer actuar a turbina óptima devido às restrições de velocidade do rotor mostrado na Figura 2 é mostrado nas curvas de potência correspondentes da Figura 3. Vê-se que a curva de potência real está abaixo da curva de potência óptima a partir de uma velocidade do vento de cerca de 8 m/s e até à velocidade nominal do vento para a turbina. A curva de potência aerodinâmica como função da velocidade do rotor é mostrada na Figura 4, e esta curva corresponde à relação entre a velocidade do rotor e o binário aerodinâmico como dado na equação (4). 0 coeficiente de potência como função do rácio de velocidade periférica é mostrada na Figura 5, onde o rácio da velocidade periférica óptimo é considerado para ser cerca de 9.

Em contraste com o controlador convencional, a fim de conseguir um aumento da extracção de energia das ondas abaixo da velocidade nominal do vento, a unidade de controlo do primeiro modelo de realização emprega um controlador de binário de gerador com uma nova parte de controlador de velocidade do rotor, bem como o controlador do binário convencional como descrito nas equações acima (4) e (5) . Esta parte adicional tem uma entrada adicional com base na velocidade da torre e irá ser descrita mais abaixo .

Os sinais de referência a serem utilizados no controlador de binário do gerador do modelo de realização são:

(6) (7) onde ωΐρ é o sinal filtrado em passa-baixo derivado a partir da velocidade do rotor medida, ω. É assumido que o sentido positivo do movimento horizontal da nacela corresponde a direcção do vento positiva, de tal modo que é óptimo para reduzir a velocidade do rotor, quando a turbina está a movimentar-se na mesma direcção do vento. Vê-se que a equação (6) é uma soma de duas

velocidades. A primeira é a contribuição para a velocidade do rotor pelo movimento induzido pelas ondas, assumindo que é atingido o rácio de velocidade periférica óptimo. A segunda é a parte induzida pelo vento sem ondas. A equação (7) assume que ω±ρ é suficientemente constante, que a sua derivada se aproxima a zero, isto é, que a taxa de alterações da velocidade do rotor devido ao movimento induzido pelas ondas é muito maior do que aquela que é devida a variações na velocidade do vento.

Considerando, em primeiro lugar o controlador convencional mostrado na Figura 8, a entrada para o sistema (fisico) é o binário aerodinâmico, TAr e a saida a partir do sistema é a velocidade de rotação ω do rotor, por outras palavras o binário aerodinâmico que o vento a actuar sobre o rotor cria, faz com que o rotor execute à velocidade de ω. A medição no sistema é de ω. 0 binário de gerador visto no lado de velocidade baixa do veio é TG (o que corresponde a TEl na discussão anterior) e pode ser representado/calculado como uma função Tg(cú) da velocidade do rotor medida. TG é a saida a partir do controlador.

No processo dinâmico, a aceleração do rotor é dada como ω = 1/J*(TA-TG), onde J é o momento de inércia, ao assumir um eixo rigido e utilizando a segunda lei de Newton. 0 controlador do primeiro modelo de realização pode ser considerado como uma versão modificada do controlador convencional acima e é mostrado na Figura 9a. Como pode ser visto, a entrada de velocidade do rotor para referência do binário convencional é a medição filtrada por passa-baixo da velocidade do rotor, enquanto que o adicional circuito de controlo da velocidade do rotor contém um controlador PD (diferencial proporcional) e uma trajectória de referência de velocidade do rotor que é baseada no movimento de topo da torre medida x, a fim de obter um rácio de velocidade periférica desejado.

Mais especificamente, como anteriormente, a entrada para o sistema físico é o binário aerodinâmico, TA. A referência de velocidade do rotor, oúref é dada pela equação (6) acima. A saída a partir do sistema físico é a velocidade de rotação ω do rotor. A medição no sistema mostrado é a velocidade do rotor. Em adição a isto, a velocidade da nacela é medida e utilizada no cálculo de Cúref· 0 binário de gerador visto no lado de velocidade baixa do veio é TG, que é a saída do controlador. É constituído por dois componentes que são adicionados. 0 primeiro é um controlador de controlo de velocidade do rotor que dá uma contribuição adicional para o controlador convencional, tal que a velocidade do rotor varia com a onda induzida movimentos da nacela numa forma optimizada. 0 controlador de monitorização da velocidade do rotor assume como entrada a diferença entre uma velocidade de referência Qref e a velocidade medida ω do rotor. A saída é um sinal de binário do gerador. 0 segundo é um controlador de binário que se comporta como o controlador de binário convencional da Figura 8. Este controlador consiste de um filtro passa-baixo (ou filtro passa-banda) que remove as frequências de ondas, e a função de controlador de binário original Tg(úú) . A saída é um sinal de binário do gerador com média de zero. A aceleração do rotor ω é como indicado acima.

Um modelo de realização alternativo é mostrado na Figura 9b. Neste modelo de realização, a entrada para o sistema é (novamente) o binário aerodinâmico, TA, e a referência de velocidade do rotor, ωΓθί é dada por:

(6a) A saida do sistema é a velocidade de rotação ω do rotor. A medição no sistema é novamente a velocidade do rotor. Em adição a isto, a velocidade da nacela é medida e a velocidade média do vento é estimada e usada para calcular ωΓθί de acordo com a equação (6a) acima. 0 binário do gerador visto no lado de baixa velocidade do veio é TGr que é a saída do controlador. 0 controlador de monitorização da velocidade do rotor assume a diferença entre uma velocidade de referência e a velocidade do rotor medida como entrada. A saida é o sinal de binário do gerador.

No modelo de realização acima descrito, é assumido que as dinâmicas do gerador são rápidas em comparação com as dinâmicas do rotor, de tal modo que o binário do gerador é o mesmo que o binário do gerador comandado que é, efectivamente, a saída a partir do controlador de binário (isto é uma assumpção comum). No entanto, num modelo de realização modificado, as dinâmicas do gerador são tomadas em conta: para fazer isso, as características mostradas no diagrama de blocos da Figura 9c estão ligadas entre a saida do controlador e o binário do gerador nas Figuras 9a e 9b. 0 desempenho dos controladores acima descritos, e em particular a versão da Figura 9a, irá agora ser considerado. É assumido que a parte do controlador de binário convencional nas Figuras 9a e 9b não irá afectar o controlador de monitorização da velocidade desde que os dois controladores actuem em domínios de frequências diferentes. A contribuição do controlador de binário convencional é assumido para que seja de variação lenta desde que o controlador esteja baseado na velocidade do rotor filtrada por passa-baixo com frequência do filtro abaixo da área de frequência da onda, enquanto o controlador de monitorização da velocidade do rotor será concebido para actuar na área de frequência da onda com vista a obter-se um rácio de velocidade periférica desejada. Por esta razão, a parte do controlador de binário convencional do controlador na Figura 9a é negligenciada na discussão a seguir quando se considera o controlador de monitorização de velocidade em torno da velocidade do rotor filtrada por passa-baixo. 0 controlador de PD na Figura 9a pode ser representado com a função de transferência

(7) onde KP e KD são respectivamente os ganhos proporcionais e derivativos. Ao negligenciar os efeitos de variação lenta, as dinâmicas do sistema fechado na Figura 9a podem ser desenvolvidas:

(8) onde J é o momento de inércia para o rotor e o gerador e TA_dyn é a parte dinâmica do binário aerodinâmico. Para além disso, a função de transferência de circuito para a parte dinâmica do sistema é dada como

(9) A função de transferência que representa a capacidade do sistema de controlo para seguir um sinal de referência torna-se

(10) enquanto que a função de transferência que representa o erro entre um sinal de referência desejado e a medição torna-se

(11) 0 modelo de realização tal como acima descrito emprega um controlador de PD. No entanto, um puramente controlador de ganho proporcional pode ser introduzido, ao definir-se o parâmetro KD nas equações (9) e (10) como igual a zero, resultando nas funções de transferência (12)

(13) (14) (15)

Alarqura de banda do sistema, com o controlador por P

e o diagrama de Bode para o sistema é mostrado com KP/J = ω0ιΐΒ = 8,4 9 na Figura 10.

As vantagens da invenção podem ser melhor entendidas considerando alguns cálculos teóricos simplificados da extracção de energia das ondas. Estes são baseados na curva da potência real na Figura 2, conjuntamente com a curva do coeficiente de potência na Figura 4. São considerados os três caos seguintes: • Fixada: Potência extraída a partir de uma turbina eólica de fundação fixa durante a actuação a uma velocidade do vento constante de 6 m/s. • Real: Potência extraída a partir de uma turbina eólica flutuante durante a actuação a uma velocidade do vento constante de 6 m/s e com velocidades de topo da torre sinusoidais com uma amplitude de 1,18 m/s e um período de 9 segundos (o que corresponde ao caso com ondas com 2 m de amplitude e um período de 9 segundos em simulações Simo-RifIex-Hawc2) sob a assumpção de que a turbina actua com uma velocidade do rotor constante correspondente à velocidade do rotor óptima a 6 m/s. • Óptima: Potência extraída a partir de uma turbina eólica flutuante durante a actuação a uma velocidade do vento constante de 6 m/s e com velocidades de topo da torre sinusoidais com uma amplitude de 1,18 m/s e um período de 9 segundos sob a assumpção de que a turbina actua com o rácio de velocidade periférica desejado para a turbina, correspondente à curva de potência real na Figura 2 .

Os resultados dos cálculos de potência para os três casos diferentes são apresentados como funções do tempo e da velocidade do vento relativa respectivamente na Figura 5 e Figura 6, e alguns valores-chave estão listados na Tabela 1. Note-se que a utilização da equação (2) estabelece uma estimativa de parte da extracção de onda da energia aerodinâmica de 5,80% para a amplitude da velocidade de 1,18 m/s, o que corresponde aos cálculos com a turbina eólica flutuante com controlo de velocidade do rotor óptima na Tabela 1 em baixo. A Figura 6 mostra a potência aerodinâmica para uma turbina eólica fixa (linha 108), uma turbina eólica flutuante actuando com rácio velocidade periférica óptimo (linha 109) e uma turbina eólica flutuante mais realista a actuar com a velocidade do rotor que corresponde à velocidade média do vento (linha 110) . Os valores médios para a potência aerodinâmica durante a actuação com os rácios de velocidade periférica óptimo e com os mais tipicos, são respectivamente mostrados nas linhas 111 e 112 . A Figura 7 mostra a potência aerodinâmica para uma turbina eólica fixa (linha 108), uma turbina eólica flutuante actuando com rácio velocidade periférica óptimo (linha 109) e uma turbina eólica flutuante mais realista a actuar com a velocidade do rotor que corresponde à velocidade média do vento (linha 110). Os valores médios para a potência aerodinâmica durante a actuação com os rácios de velocidade periférica óptimo e os com mais tipicos, são respectivamente mostrados nas linhas 111 e 112.

Tabela 1: Cálculos simples da potência aerodinâmica Estudo de Simulação

As simulações nesta secção são levadas a cabo com a ferramenta de análise acoplada Simo-RifIex-Hawc2 com a estrutura da torre de casco em betão e uma turbina de 2,3 MW.

As condições ambientais nas simulações são uma velocidade de vento constante de 6 m/s e ondas regulares com uma amplitude de 2m e um periodo de 9 segundos.

As simulações nesta secção foram levadas a cabo com um controlador por P para o controlo de monitorização da velocidade do rotor tendo os mesmos parâmetros que os utilizados para traçar o diagrama de Bode da Figura 10.

Um instantâneo da velocidade de topo da torre é traçado na Figura 11 para uma turbina eólica flutuante com um controlador de binário convencional e um controlador de binário para um controlo da velocidade do rotor óptimo. Pode ver-se que os movimentos da turbina não são significativamente afectados pela escolha do controlador.

As correspondentes velocidades do rotor são traçadas graficamente na Figura 12 em conjunto com o sinal de referência de velocidade de rotor óptima. Pode ser visto que ao utilizar um controlador convencional apenas existem pequenas reacções ao movimento das ondas e a velocidade do rotor também está fora de fase com o sinal de referência de velocidade de rotor óptima. Isto indica que as hipóteses quanto à curva "real" nos cálculos simples aqui descritos são razoáveis. Fica claro que a velocidade do rotor segue o sinal de velocidade de rotor óptimo, quando é utilizado o controlador de monitorização da velocidade do rotor óptima.

Um instantâneo da potência aerodinâmica com a utilização dos dois controladores é mostrado na Figura 13, enquanto alguns dados-chave para a potência de gerador, também com a comparação de uma turbina eólica de fundação fixa, são mostrados na Tabela 2 em baixo.

Tabela 2: Dados-chave para a potência do gerador Em Simo-RifIex-Hawc2

Um instantâneo de simulação da potência do gerador é mostrado na Figura 14, enquanto os dados-chave comparativos são apresentados na Tabela 2 (em cima) . Pode ser visto que o controlador de monitorização de velocidade do rotor óptima requer grandes contribuições de binário de modo que a energia também é extraída a partir da grade em partes do ciclo de flutuação. Note-se que os cálculos simples, para a potência aerodinâmica aumentada, apresentados na Tabela 1, coincidem bem com a potência do gerador aumentada calculada, que é encontrada para as simulações numéricas com a utilização de Simo-RifIex-Hawc2 na Tabela 2 .

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Um controlador para uma turbina eólica flutuante, sendo o controlador adaptado para, abaixo da velocidade do vento nominal, fazer com que a turbina eólica possa extrair energia a partir do movimento da turbina induzido pelas ondas, caracterizado por o controlador controlar a velocidade do rotor da turbina ao controlar o binário da carga apresentada ao rotor de tal modo que a velocidade do rotor varia em resposta ao movimento induzido pelas ondas.
2. Um controlador tal como reivindicado na reivindicação 1 disposto de modo a permitir que a incli nação da pá da turbina a permanecer essencialmente na sua configuração minima, enquanto a turbina está controlada durante as oscilações induzidas pelas ondas.
3. Um controlador tal como reivindicado na reivindicação 1 ou reivindicação 2, disposto de tal modo que a velocidade do rotor da turbina pode manter essencialmente o seu rácio de velocidade periférica óptimo quando a estrutura da turbina se move em oscilações induzidas pelas ondas.
4. Um controlador, tal como reivindicado em qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o binário é controlado com base numa entrada que é um indicativo do movimento da turbina.
5. Um controlador tal como reivindicado na reivindicação 4, em que o sinal de entrada é baseado na velocidade de topo da torre da estrutura; em que o sinal com base na velocidade da torre é preferencialmente utilizado para determinar o componente da velocidade do rotor desejada devido ao movimento induzido pelas ondas da torre com base no rácio da velocidade periférica desejada; em que uma velocidade do rotor de referência desejada é de preferência definida como a soma da componente induzida pelas ondas e um componente de vento de estado estável, sendo a velocidade de referência, de preferência, utilizada para calcular o binário desejado; e em que o controlador de um modo preferido calcula dois componentes do binário requerido, um com base no componente de vento da velocidade de rotor filtrado em passa-baixo e um com base na componente da velocidade do rotor induzida pelas ondas, sendo os dois componentes somados para produzir o valor de binário desejado.
6. Um controlador, como reivindicado em qualquer uma das reivindicações anteriores, que compreende: um circuito de controlo que tem um primeiro e um segundo ramos, tendo o primeiro ramo como sua entrada a velocidade do rotor da turbina, em que é aplicado um filtro passa-baixo ao mesmo e o respectivo componente do binário desejado é obtido utilizando o valor filtrado; tendo o segundo ramo como sua entrada a diferença entre a velocidade do rotor e uma velocidade do rotor de referência e estando disposto em arranjo para calcular o componente respectivo do binário desejado utilizando um controlador proporcional ou derivado proporcional; sendo as saidas dos dois ramos somadas para determinar o valor desejado de binário.
7. Um controlador, como reivindicado em qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, tendo o controlador entradas para sinais que representam a velocidade medida da torre e uma estimativa da velocidade do vento média; e de preferência, compreendendo um único circuito de controlo, em que um valor real da velocidade do rotor é comparado com uma velocidade de referência do rotor, sendo a velocidade de referência do rotor baseada na velocidade da torre e a velocidade média do vento, sendo a diferença utilizada para determinar o valor de binário desejado utilizando um controlador proporcional ou derivado proporcional.
8. Uma estrutura de turbina eólica flutuante compreendendo uma torre flutuante tendo uma turbina eólica montada na mesma e o controlador de qualquer uma das reivindicações anteriores, estando a turbina eólica disposta em arranjo para conduzir a uma carga a qual apresenta um binário na mesma e estando adaptada para, extrair energia a partir do movimento da turbina induzido pelas ondas.
9. Um método de controlo de uma turbina eólica de flutuação de tal modo que a turbina eólica extrai energia a partir do movimento da turbina induzido pelas ondas, quando a turbina eólica está em actuação abaixo da velocidade do vento nominal, caracterizado por a velocidade do rotor da turbina ser controlada através do controlo do binário da carga apresentada ao rotor de tal modo que a velocidade do rotor varia em resposta ao movimento induzido pelas ondas.
10. Um método como reivindicado na reivindicação 9, em que a inclinação da pá da turbina permanece essencialmente na sua configuração minima, enquanto a turbina é controlada durante as oscilações induzidas pelas ondas.
11. Um método como reivindicado na reivindicação 9 ou 10, em que a velocidade do rotor da turbina pode essencialmente manter o seu rácio de velocidade periférica óptimo quando a estrutura da turbina se move em oscilações induzidas pelas ondas.
12. Um método como reivindicado em qualquer uma das reivindicações de 9 a 11, em que o binário é controlado com base na entrada de um indicativo do movimento da turbina.
13. Um método como reivindicado na reivindicação 12, em que o sinal de entrada é baseado na velocidade de topo da torre da estrutura; em que o sinal com base na velocidade da torre é preferencialmente utilizado para determinar o componente da velocidade do rotor desejada devido ao movimento induzido pelas ondas da torre com base no rácio da velocidade periférica desejada; em que uma velocidade de rotor de referência desejada é de preferência definida como a soma do componente induzido pelas ondas e um componente de vento de estado estável, sendo utilizada de preferência a velocidade de referência, para calcular o binário desejado; e em que o método de um modo preferido, calcula dois componentes do binário requerido, um com base no componente de vento da velocidade de rotor filtrado em passa-baixo e um com base na componente da velocidade do rotor induzida pelas ondas, sendo os dois componentes somados para produzir o valor de binário desejado.
14. Um método como reivindicado em qualquer uma das reivindicações de 9 a 13, compreendendo: proporcionar um circuito de controlo que tem um primeiro e sequndo ramos, introduzir dentro do primeiro ramo a velocidade do rotor da turbina, aplicando um filtro passa-baixo ao mesmo e obtendo o respectivo componente do binário desejado utilizando o valor filtrado; introduzir dentro do segundo ramo a diferença entre a velocidade do rotor e uma velocidade de referência do rotor e o cálculo do respectivo componente do binário desejado utilizando um controlador proporcional ou derivado proporcional; somar as saldas dos dois ramos para determinar o valor desejado de binário.
15. Um método como reivindicado em qualquer uma das reivindicações de 9 a 12, compreendendo os sinais das entradas que representam a velocidade medida da torre e uma estimativa da velocidade média do vento, e de preferência compreendendo proporcionar o circuito de controlo simples, no qual um valor da velocidade real do rotor é comparada com uma velocidade de referência do rotor, sendo a velocidade de referência do rotor baseada na velocidade da torre e na velocidade média do vento, e utilizando a diferença para determinar o valor de binário desejado utilizando um controlador proporcional ou derivado proporcional.
16. Um produto de software compreendendo instruções que, quando executadas por um processador fazem com que o processador possa controlar uma estrutura de turbina eólica de flutuação de tal modo que a turbina eólica extrai energia a partir do movimento da turbina induzido pelas ondas, quando a turbina eólica está a actuar abaixo da velocidade nominal do vento, caracterizado naquilo em que a velocidade do rotor da turbina é controlada através do controlo do binário da carga apresentada ao rotor de tal modo que a velocidade do rotor varia em resposta ao movimento induzido pelas ondas.