PT847496E

PT847496E - Processo para a conducao de uma instalacao de energia eolica

Info

Publication number: PT847496E
Application number: PT96930129T
Authority: PT
Inventors: Aloys Wobben
Original assignee: Aloys Wobben
Priority date: 1995-09-01
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 2000-11-30
Also published as: GR3034724T3; NZ316943A; EP0847496A1; AR003482A1; ES2149494T3; WO1997009531A1; DE19532409A1; DE19532409B4; EP0847496B1; DK0847496T3; DE59605723D1; DE59605723C5

Description

V

DESCRIÇÃO «PROCESSO PARA A CONDUÇÃO DE UMA INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA» A invenção refere-se a um processo para a condução ou funcionamento de uma instalação de energia eólica regulada por variação do ângulo de inclinação das pás. Além disso, a invenção refere-se a uma instalação de energia eólica correspondente.

As pás do rotor de uma instalação de energia eólica são carregadas pela pressão dinâmica que nelas actua, a qual depende das condições de vento reinantes, em especial da velocidade do vento reinante. Essa relação de dependência resulta de : onde q é a pressão dinâmica activa, p a densidade do ar e v a velocidade do vento afluente, no perfil. A velocidade do vento afluente v é composta vectorialmente a partir da velocidade efectiva do vento vw e da velocidade periférica local vu no local da pá do rotor. É então: v u r. 2 TT . - 60 (2) 1

V

sendo η o número de rotações por minuto do rotor e r o raio do rotor em questão.

No caso de a velocidade efectiva do vento vw ser perpendicular à velocidade periférica vu / soprando portanto o vento reinante frontal ou axialmente no rotor da instalação de energia eólica, resulta, por aplicação do teorema de

Pitágoras: v VU +

(3)

Neste caso, pode além disso calcular-se o ângulo de afluência da corrente de ar a, portanto o ângulo entre a velocidade v da corrente de afluência e a velocidade periférica vu : v tg OC = v. u (4) A força que actua no perfil da pá é calculada com a polar do perfil, designadamente

Fa = q.A.c^ (5) sendo FA a força que actua no perfil da pá, q a pressão dinâmica activa, A a superfície na qual incide o vento ou superfície de referência da pá do rotor e ca a polar do perfil (coeficiente de resistência), em função do ângulo de incidência da corrente a. 2 Γ

U

No domínio que aqui nos interessa, pode descrever-se aproximadamente a polar ca do perfil como sendo linear: ;6) ca = Cons. α ou, para um ângulo pequeno (em radianos) <y (v «v ) w u : tg dzcc (7:

Daqui resulta, com a equação (4): v c ^ = Const. w v (8) u

Com a equação (5) segue-se ainda que

E . (v,2 + v2 ) .A. Const. ^ 9 U W v. (9) u ou, associando os termos constantes:

Fa = Const. (v2w + vu2) . JíL (10) u

Naturalmente que o vector da velocidade do vento Vw nem sempre é perpendicular à velocidade periférica Vu , de modo que a equação (3) nem sempre é aplicável. No entanto, as equações anteriores permitem reconhecer, pelo menos as dependências qualitativas dos diferentes parâmetros. 3

V

Em especial da equação (1), pode deduzir-se que a pressão dinâmica activa que carrega o rotor da instalação de energia eólica depende quadraticamente da velocidade de incidência da corrente.

Portanto qualquer instalação de energia eólica pode atingir o seu limite de carga para uma velocidade de incidência máxima vmax determinada. É conhecido de Robert Gasch: "Windkraft anlagen", B.G. Teubner Stuttgart, 1933, p. 303 e seguintes, e Erich Hau "Windkraft anlagen", Spring-Verlag, Berlin Hedelberg New York, London Paris Tokyo, 1988 p. 323 e seg., p. 330 e seg., para a limitação da carga de uma instalação de energia eólica, no sentido do processo do tipo atrás mencionado, desligar uma instalação de energia eólica ao atingir-se a velocidade máxima do vento vw max. Em especial, no caso de parques eólicos, uma tal desligação, na qual todas as instalações eólicas do parque eólico, ao atingir-se a velocidade que provoca a desligação, são desligadas quase simultaneamente ou, respectivamente, a religação, depois da desligação quando o vento amaina, conduz a fortes gradientes de potência que são sentidos, nas instalações de energia eólica, por uma brusca variação de tensão na rede eléctrica, à qual estas instalações eólicas estão ligadas.

Da patente EP-A2-0 266 715 é conhecida uma instalação eólica com uma regulação passiva pela inclinação das pás, na qual, para uma velocidade de rotação constante, a potência da instalação eólica, para uma velocidade aumentada do vento, seria reduzida. 4 p ^—ç» A invenção tem por objectivo aumentar a produtividade de uma instalação eólica, limitando apesar disso a carga na instalação eólica no caso de ventos de velocidades elevadas.

De acordo com a invenção, este problema é resolvido por um processo de acordo com a reivindicação 1 e uma instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 4. A partir das equações (1), (3) e (10) anteriores, pode ver-se em todos os casos qualitativamente, que a potência dinâmica que solicita as pás do rotor, bem como a força de carga que actua no perfil das pás, e portanto nas pás do rotor, depende, em cada caso, da velocidade periférica vu e portanto da velocidade de rotação de serviço do rotor. Para limitar a carga do rotor da instalação de energia eólica pode, quando aumentar a velocidade do vento vw ou no caso de uma direcção de incidência indesejável (de acordo com o parâmetro escolhido como grandeza medida) , que em cada caso possam conduzir a aumentos indesejáveis da velocidade resultante da corrente de ar incidente v, contrariar-se um aumento da carga por meio de uma redução da velocidade de rotação, e portanto da velocidade periférica do rotor.

Em contraste com o que até agora se passa, de acordo com a presente invenção, portanto, não se desliga, completamente, de maneira vantajosa, a instalação de energia eólica quando se atingir uma velocidade limite e não se define essa velocidade como velocidade desligação, mas sim, reduz-se forçadamente a velocidade de rotação de operação da instalação de energia eólica, logo que a velocidade v de incidência da corrente sobe acima do valor da velocidade limite. Portanto a instalação de energia eólica pode continuar a funcionar acima da "velocidade de desligação" usual, prolongando-se a sua curva caracteristica de potência 5 Γ u, até velocidades do vento muito grandes, melhorando-se a produtividade de energia e a tolerância da rede. Em especial, por meio da redução forçada da velocidade de rotação de serviço, nas instalações de energia eólica reguladas por variação do ângulo das pás, pode limitar-se de maneira mais favorável a carga, por meio da presente invenção. Podem evitar-se, por meio da presente invenção cargas fortes e variáveis das pás do rotor e portanto cargas assimétricas, pulsatórias, de toda a instalação, que aumentem quando aumenta a velocidade do vento. São suficientemente conhecidas possibilidades para a redução da velocidade de rotação de serviço para outros fins diferentes dos da presente invenção. Numa redução da velocidade de rotação de serviço pode, no caso de uma instalação de energia eólica regulada por variação do ângulo das pás, obter-se de maneira simples, por exemplo por um ajustamento activo das pás. Isso quer dizer que se influencia, por meio da alteração do ângulo de ajustamento do perfil das pás do rotor, a impulsão nas pás do rotor, podendo portanto obter-se uma redução da velocidade de rotação do rotor. Em ligação com uma cadeia de accionamento que funciona com velocidade de rotação variável, por exemplo para a operação de uma bomba, é possível a alimentação da rede através de onduladores ou similares e continuar o serviço de produção.

Um aperfeiçoamento do processo de acordo com a invenção, prevê-se que a velocidade de rotação do rotor seja reduzida de modo que o nível de carga que actua no rotor da instalação de energia eólica, quando aumentar a velocidade do vento acima da velocidade limite, se mantenha aproximadamente constante ou seja reduzida. Pode deste modo evitar-se que a cadeia de accionamento da instalação de energia eólica fique 6

V

U* ^^ sobrecarregada. Simultaneamente, deste modo, quando aumenta a velocidade do vento, estrangula-se a potência fornecida.

Uma instalação de energia eólica de acordo com a invenção é caracterizada por um dispositivo que garante uma execução automática do processo de acordo com a invenção.

Nos desenhos estão representadas explicações da invenção, a titulo de exemplo. As figuras representam: A fig. 1, uma curva característica da potência ou, respectivamente da velocidade de rotação de uma instalação de energia eólica de acordo com a invenção, em função da velocidade do vento; A fig. 2, uma representação vectorial, para explicar a velocidade de incidência da corrente do vento, numa pá do rotor de uma instalação de energia eólica; e A fig. 3, uma polar típica do perfil. A fig. 1 reproduz a curva característica de potência e a curva característica da velocidade de rotação de uma instalação de energia eólica que funciona de acordo com a presente invenção, em função da velocidade do vento vw.

Nesta figura estão registadas a potência P e a velocidade de rotação n da instalação de energia eólica, em função da velocidade do vento vw. A potência deve subir rapidamente até ser atingida uma velocidade nominal determinada, mantendo-se depois o mais constante possível até ser atingida uma velocidade limite vw max, a até agora velocidade do vento de desligação. No modo de funcionamento, até agora, de uma instalação de energia eólica, a 7 característica de potência era interrompida ao atingir-se a velocidade limite vw max, porque a instalação de energia eólica era desligada neste ponto. A curva característica, representada na figura, de uma instalação de energia eólica operada de acordo com a presente invenção, mostra no entanto uma zona de alargamento da curva característica da potência, que se prolonga para além da velocidade limite máxima vw max, a antiga velocidade de desligação. Pode ver-se que, na zona da curva característica da velocidade do vento acima da antiga velocidade de desligação, a potência ou, respectivamente, a velocidade é apenas estrangulada, de modo que a carga da instalação de energia eólica é limitada, nesta zona de velocidades do vento, realizando-se apesar disso a continuação do serviço da instalação de energia eólica. A fig. 2 representa uma representação vectorial para a explicação da velocidade de incidência da corrente numa pá do rotor de uma instalação da energia eólica. Esta figura serve em especial para a explicação das equações (3) a (5) dadas na introdução desta descrição. A fig. 3 proporciona uma outra explicação das equações (5) a (8) dadas na introdução da descrição, na qual se representa uma polar típica do perfil.

Lisboa, 28 de Agosto de 2000. O-AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL

8

Claims

Lz REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a condução de uma instalação de energia eólica com regulação por variação do ângulo das pás, sendo a potência da instalação de energia eólica, tal como a velocidade de serviço do rotor reduzidas, continuamente, a partir do momento em que o vento atinge uma velocidade perigosa, que sobrecarrega a instalação de energia eólica, em função da subida da velocidade do vento ou da velocidade de incidência da corrente.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a velocidade de rotação de serviço (n) do rotor ser reduzida de modo que o nivel de carga que actua no rotor da instalação de energia eólica, quando aumenta a velocidade do vento acima da velocidade com perigo de sobrecarga, é reduzido ou mantido aproximadamente constante.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a redução da velocidade de rotação de serviço estar ligada com uma variação de potência, determinada pelo nivel de carga.
4. Instalação de energia eólica, com regulação por variação do ângulo das pás, caracterizada por um dispositivo para a diminuição automática da potência e da velocidade de rotação de serviço a partir da altura em que a velocidade do vento atinge um valor com perigo de sobrecarga da instalação de energia eólica, em função da subida da 1 velocidade velocidade do vento ou da corrente incidente ou da absoluta ou relativa do vento. Lisboa, 28 de Agosto de 2000. O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL

*\

2