Concepto mecánico y eléctrico alternativo para parques eólicos marinos.

Un conjunto (100) de turbinas eólicas marino que comprende:

una pluralidad de turbinas eólicas

(102) adaptadas para poder flotar en el agua cuando están situadas en una ubicación lejos de la costa, comprendiendo cada turbina eólica de la pluralidad de turbinas eólicas una estructura de soporte (110) adaptada para estar parcialmente sumergida en agua cuando está situada en la ubicación lejos de la costa, teniendo la estructura de soporte un eje longitudinal;

estando conectada cada turbina eólica de la pluralidad de turbinas eólicas con al menos una de las otras turbinas eólicas por medio de cables (114), dispuestos de tal modo que cables respectivos se extienden desde al menos una primera y una segunda posición diferentes una de otra a lo largo del eje longitudinal (111) de la estructura de soporte de la turbina eólica para corresponder al menos a una primera y una segunda posición diferentes entre sí a lo largo del eje longitudinal de cada estructura de soporte de al menos una respectiva de las otras turbinas eólicas;

caracterizado por que el conjunto de turbinas eólicas marino comprende además un sistema (180) de recogida de energía y/o de comunicaciones que interconecta cada una de la pluralidad de turbinas eólicas, en el que el sistema de recogida de energía y/o de comunicaciones está al menos comprendido parcialmente en al menos algunos de los cables que interconectan la pluralidad de turbinas eólicas, estando adaptados los sistemas de recogida de energía y/o de comunicaciones al menos para recoger, transportar o distribuir energía generada por la pluralidad de turbinas eólicas.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/060112.

Solicitante: ABB TECHNOLOGY AG.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: AFFOLTERNSTRASSE 44 8050 ZURICH SUIZA.

Inventor/es: TERWIESCH, PETER, VON GRÜNBERG,HUBERTUS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > F03D1/00 (Motores de viento con el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor (su control F03D 7/00))

PDF original: ES-2541619_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Concepto mecánico y eléctrico alternativo para parques eólicos marinos

CAMPO TÉCNICO

El presente invento se refiere a un conjunto de turbinas eólicas marino, por ejemplo comprendido en una central de producción de energía eólica marina o parque eólico marino. Específicamente, el presente invento se refiere a un conjunto de turbinas eólicas marino que comprende una pluralidad de turbinas eólicas interconectadas por medio de una disposición de cables.

ANTECEDENTES

La energía eléctrica en las redes públicas de energía, o en las redes de servicio público, es suministrada por una variedad de fuentes de energía que convierten energía mecánica en energía eléctrica. Con los costes siempre crecientes de combustibles fósiles y los posibles daños medioambientales resultantes de la generación de energía que utiliza combustibles fósiles, una fracción creciente de la energía eléctrica que soportan las redes públicas de energía es generada en centrales de energía que utilizan fuentes de energía renovable. Las centrales de energía eólica son un ejemplo de tales centrales de energía. En una central o parque de energía eólica, un gran número de turbinas eólicas, típicamente en número de decenas o centenas o más, pueden estar conectadas a una red de energía con el fin de generar y suministrar energía eléctrica a consumidores, que en general están situados remotamente o a distancia con respecto a las turbinas eólicas. La energía generada en las turbinas eólicas es enviada a través de líneas de transmisión o de distribución de la red de energía a los consumidores.

Los parques eólicos marinos, es decir los parques eólicos situados en el mar a una distancia de la línea de costa, son un mercado creciente, por ejemplo debido al menor impacto visual con respecto al que los parques eólicos marinos circundantes pueden tener comparados con los parques eólicos instalados en una ubicación en la costa, es decir situados en tierra, o en el agua relativamente próximos a las líneas de costa. Además, situando los parques eólicos lejos de la costa los perjuicios a los residentes causados por la cantidad generalmente significativa de ruido generado por las turbinas eólicas pueden ser mitigados o eliminados. Además, situar las turbinas eólicas en tierra puede no ser siempre deseable, ya que en general se desea que las palas o álabes del rotor de la turbina eólica estén situados en un flujo laminar de aire, cuya exigencia puede no siempre ser satisfecha para los parques eólicos en la costa, por ejemplo debido a la presencia de distintos obstáculos tales como colinas, bosques, edificios y otras estructuras, etc.

Se ha vuelto cada vez más común situar los conjuntos de turbinas eólicas lejos de la costa a una distancia de la línea de costa en la que las profundidades de agua permiten que las turbinas eólicas sean unidas de modo fijo a una cimentación o fundación prevista en el fondo del mar o en el lecho marino. En las ubicaciones lejos de la costa, el flujo de aire no es perturbado por la presencia de distintos obstáculos tal como se ha mencionado anteriormente. Además, como se ha mencionado antes, la localización lejos de la costa de los conjuntos de turbinas eólicas puede ser deseada desde un punto de vista estético.

Las estructuras de cimentación o fundación utilizadas para acomodar y/o soportar las turbinas eólicas lejos de la costa pueden comprender cimentaciones de un solo pilote, que pueden ser utilizadas para disponer de modo fijo las torres de las turbinas eólicas en un parque eólico marino en ubicaciones submarinas de aguas relativamente poco profundas, es decir, en el lecho marino. Las profundidades de agua en tales ubicaciones submarinas de aguas poco profundas donde las cimentaciones de un solo pilote pueden ser utilizadas de manera factible típicamente son de entre 10 a 40 m.

Para muchas costas, la profundidad del agua aumenta rápidamente con la distancia desde la línea de costa. Las estructuras de cimentación fijas, tales como las mencionadas anteriormente, pueden dar origen a costes prohibitivamente elevados a grandes profundidades de agua de aproximadamente 50-80 m. Además, la instalación de cimentaciones de un solo pilote a tan grandes profundidades de agua pueden ser asociadas con problemas técnicos que pueden ser difíciles de manejar.

Con este fin, se han propuesto estructuras que pueden flotar para ubicar turbinas eólicas lejos de la costa por ejemplo en los documentos WO2009/064737 y US2010/0278630. Un tipo de tales estructuras que pueden flotar comprende una cámara de flotabilidad sumergida que soporta una turbina eólica con la torre de la turbina eólica dispuesta sobre la cámara de flotabilidad. Una parte de la cámara de flotabilidad sumergida puede ser llenada con un balasto adecuado previsto con el fin de situar el centro de gravedad suficientemente por debajo del centro de flotabilidad de la parte sumergida de la estructura a fin de obtener una cimentación estable para la turbina eólica. En general, el balasto debe ser elegido de tal modo que el peso del balasto sea tan alto como para que contrarreste de manera suficiente las fuerzas del viento y de las olas que actúan sobre la turbina eólica. Tal estructura que puede flotar es anclada típicamente de manera individual en el lecho marino. Sin embargo, particularmente debido a las exigencias de peso elevado del balasto, tales estructuras que pueden flotar están en general asociadas con elevados costes con respecto entre otras cosas a la instalación.

En vista de la descripción anterior, un objetivo del presente invento es proporcionar un conjunto de turbinas eólicas marino que pueda permitir la reducción de costes, entre otras cosas con respecto a la instalación.

Para abordar el objetivo y otros objetivos, se ha proporcionado un conjunto de turbinas eólicas marino de acuerdo con la reivindicación independiente. Realizaciones preferidas están definidas por las reivindicaciones dependientes.

Generalmente, durante el funcionamiento de un conjunto de turbinas eólicas marino que comprende una pluralidad de turbinas eólicas puede ser útil poder limitar el ángulo de inclinación de la torre de cada turbina eólica con relación a la dirección vertical de modo que esté dentro de un rango predeterminado de ángulos de inclinación. Un ángulo de inclinación 'objetivo' de la torre de cada turbina eólica con relación a la dirección vertical, es decir un ángulo de inclinación preferido de la torre de cada turbina eólica con relación a la dirección vertical, puede ser sustancialmente 0º. Sin embargo, en el caso de que los rotores de las turbinas eólicas son del tipo de viento descendente, es decir cuando los rotores están dispuestos en el lado de sotavento de las torres de turbina eólica respectivas, un ángulo de inclinación objetivo puede ser de unos pocos grados, por ejemplo 2-5º, o de hasta 10º. Las góndolas de las turbinas eólicas pueden en este caso estar dispuestas en un ángulo con respecto a las torres respectivas, de tal modo que el rotor respectivo esté dispuesto sustancialmente perpendicular a la dirección del viento. Sin embargo, durante el funcionamiento del conjunto de turbinas eólicas marino, las fuerzas del viento que actúan sobre cada turbina eólica serán transformadas parcialmente en energía rotacional de las palas y de los componentes mecánicos asociados del generador de turbina eólica y parcialmente transformadas en un momento que tiende a inclinar la torre de la turbina eólica en la dirección en la que actúa la fuerza del viento, por lo que el eje longitudinal de la torre de la turbina eólica puede tender a asumir un ángulo con relación a la dirección vertical situado fuera del rango tolerado de ángulos de inclinación.

Lo esencial del... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un conjunto (100) de turbinas eólicas marino que comprende:

una pluralidad de turbinas eólicas (102) adaptadas para poder flotar en el agua cuando están situadas en una ubicación lejos de la costa, comprendiendo cada turbina eólica de la pluralidad de turbinas eólicas una estructura de soporte (110) adaptada para estar parcialmente sumergida en agua cuando está situada en la ubicación lejos de la costa, teniendo la estructura de soporte un eje longitudinal;

estando conectada cada turbina eólica de la pluralidad de turbinas eólicas con al menos una de las otras turbinas eólicas por medio de cables (114) , dispuestos de tal modo que cables respectivos se extienden desde al menos una primera y una segunda posición diferentes una de otra a lo largo del eje longitudinal (111) de la estructura de soporte de la turbina eólica para corresponder al menos a una primera y una segunda posición diferentes entre sí a lo largo del eje longitudinal de cada estructura de soporte de al menos una respectiva de las otras turbinas eólicas;

caracterizado por que el conjunto de turbinas eólicas marino comprende además un sistema (180) de recogida de energía y/o de comunicaciones que interconecta cada una de la pluralidad de turbinas eólicas, en el que el sistema de recogida de energía y/o de comunicaciones está al menos comprendido parcialmente en al menos algunos de los cables que interconectan la pluralidad de turbinas eólicas, estando adaptados los sistemas de recogida de energía y/o de comunicaciones al menos para recoger, transportar o distribuir energía generada por la pluralidad de turbinas eólicas.

2. Un conjunto de turbinas eólicas marino según la reivindicación 1, en el que la pluralidad de turbinas eólicas cuando están situadas en la ubicación lejos de la costa está sujetas a fuerzas causadas por condiciones externas, comprendiendo además el conjunto de turbina eólica marino un dispositivo (130) de control de tensión adaptado para ajustar la tensión en cables de modo que impida los cambios debidos a las fuerzas causadas por condiciones externas de orientación de la estructura de soporte de cada una de la pluralidad de turbinas eólicas con relación a una dirección vertical que es paralela con un eje gravitatorio (116) , cuyos cambios de orientación harían que un ángulo de inclinación del eje longitudinal de la torre con relación a la dirección vertical exceda de un ángulo predeterminado.

3. Un conjunto de turbinas eólicas marino según la reivindicación 2, en el que el dispositivo de control de tensión está adaptado para ajustar de manera independiente la tensión en cables respectivos de modo que impida los cambios debidos a las fuerzas causadas por condiciones externas de orientación de la estructura de soporte de cada una de la pluralidad de turbinas eólicas con relación a la dirección vertical.

4. Un conjunto de turbinas eólicas marino según la reivindicación 2 ó 3, en el que el dispositivo de control de tensión comprende al menos uno de un miembro de resorte, un miembro de péndulo mecánico y un miembro deflector de olas, estando adaptado el miembro deflector de olas para impedir que las olas golpeen la estructura de soporte de cada una de la pluralidad de turbinas eólicas, para efectuar el ajuste de tensión en los cables.

5. Un conjunto de turbinas eólicas marino según cualquiera de las reivindicaciones 2-4, que comprende además un sensor de orientación (140) adaptado para detectar el ángulo de inclinación del eje longitudinal de la estructura de soporte de cada una de la pluralidad de turbinas eólicas con relación a la dirección vertical, en el que el dispositivo de control de tensión está adaptado para, sobre la base del ángulo de inclinación detectado, ajustar la tensión en los cables de modo que impida los cambios debidos a las fuerzas causadas por condiciones externas de orientación de la estructura de soporte de cada una de la pluralidad de turbinas eólicas con relación a la dirección vertical.

6. Un conjunto de turbinas eólicas marino según cualquiera de las reivindicaciones 2-5, que comprende además un sensor de tensión (150) adaptado para detectar la tensión en los cables respectivos, en el que el dispositivo de control de tensión está adaptado para, sobre la base de la tensión detectada en los cables respectivos, ajustar la tensión en los cables de modo que impida los cambios debidos a las fuerzas causadas por condiciones externas de orientación de la estructura de soporte de cada una de la pluralidad de turbinas eólicas con relación a la dirección vertical.

7. Un conjunto de turbinas eólicas marino según cualquiera de las reivindicaciones 2-6, que comprende además un sensor de estado operativo (160) adaptado para detectar el estado operativo de cables respectivos, en el que el dispositivo de control de tensión está adaptado para, sobre la base del estado operativo de los cables respectivos, ajustar la tensión en los cables de modo que impida los cambios debidos a las fuerzas causadas por condiciones externas de orientación de la estructura de soporte de cada una de la pluralidad de turbinas eólicas con relación a la dirección vertical.

8. Un conjunto de turbinas eólicas marino según la reivindicación 7, en el que sensor del estado operativo está adaptado para detectar si los cables respectivos son conformes con un criterio de fallo de cable predeterminado, y en el que el dispositivo de control de tensión está adaptado para, sobre una condición de que al menos un cable es conforme con los criterios de fallo predeterminados, ajustar la tensión en los cables de modo que impida los cambios debidos a las fuerzas causadas por condiciones externas de orientación de la estructura de soporte de cada una de la pluralidad de turbinas eólicas con relación a la dirección vertical.

9. Un conjunto de turbinas eólicas marino según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, que comprende además: 15

un módulo de control (170) adaptado para vigilar y/o controlar el funcionamiento de cada una de las turbinas eólicas de la pluralidad de turbinas eólicas; y un sensor de estado operativo (160) adaptado para detectar el estado operativo de los cables respectivos;

en el que el sensor del estado operativo está adaptado para detectar si los cables respectivos son conformes con un criterio de fallo de cable predeterminado, y, en el que el módulo de control está adaptado para, sobre una condición de que al menos un cable está cumpliendo con el criterio de fallo predeterminado, desactivar al menos momentáneamente el funcionamiento de al menos una turbina eólica acoplada con al menos dicho cable que es conforme con los criterios de fallo predeterminados.

10. Un conjunto de turbinas eólicas marino según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, que comprende además al menos un miembro de anclaje (120) adaptado para anclar el conjunto de turbinas eólicas, estando conectado al menos el miembro de anclaje al menos a una turbina eólica de la pluralidad de turbinas eólicas que está dispuesta periféricamente con respecto al conjunto de turbinas eólicas.

11. Un conjunto de turbinas eólicas marino según cualquiera de las reivindicaciones 1-10, que comprende además un sistema (180) de recogida de energía y/o de comunicaciones que interconecta cada una de la pluralidad de turbinas eólicas, en el que el sistema de recogida de energía y/o de comunicaciones está al menos dispuesto parcialmente integralmente con menos algunos de los cables que interconectan la pluralidad de turbinas eólicas, estando adaptados los sistemas de recogida de energía y/o de comunicaciones al menos para recoger, transportar y/o distribuir energía generada por las turbinas eólicas respectivas de la pluralidad de turbinas eólicas y/o comunicar señales de control a y/o desde las turbinas eólicas respectivas de la pluralidad de turbinas eólicas al menos para vigilar y/o controlar el estado operativo de la turbina eólica respectiva.

12. Un conjunto de turbinas eólicas marino según cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en el que la primera posición está situada en una posición inferior sumergida a lo largo del eje longitudinal de la estructura de soporte de la turbina eólica, y la segunda posición puede estar situada en una posición superior sin sumergir a lo largo del eje longitudinal de la estructura de soporte de la turbina eólica.

13. Un conjunto de turbinas eólicas marino según la reivindicación 12, en el que la turbina eólica comprende un rotor dispuesto en un extremo superior sin sumergir de la estructura de soporte de la turbina eólica, en el que la segunda posición está situada a una distancia a lo largo del eje longitudinal de la estructura de soporte de la turbina eólica desde el extremo superior sin sumergir igual o superior al radio del rotor.

14. Un conjunto de turbinas eólicas marino según la reivindicación 12 ó 13, en el que la primera posición está situada en un extremo inferior sumergido de la estructura de soporte de la turbina eólica.

15. Un conjunto de turbinas eólicas marino según cualquiera de las reivindicaciones 1-14, en el que los cables que se extienden desde la estructura de soporte de al menos una de las turbinas eólicas de la pluralidad de turbinas eólicas están acoplados con la estructura de soporte por medio de una unidad de acoplamiento (117) dispuesta sobre la estructura de soporte de modo que permita la rotación de la estructura de soporte alrededor de su eje longitudinal.

16. Un conjunto de turbinas eólicas marino según cualquiera de las reivindicaciones 1-15, en el que los cables que se extienden desde la estructura de soporte de al menos una de las turbinas eólicas de la pluralidad de turbinas eólicas están dispuestos de manera fija sobre la estructura de soporte.

17. Un conjunto de turbinas eólicas marino según cualquiera de las reivindicaciones 1-16, en el que la estructura de soporte de al menos una de la pluralidad de turbinas eólicas comprende una parte hueca que proporciona flotabilidad a la estructura de soporte.