Método para medir la intensidad de turbulencia de una turbina de viento de eje horizontal.

Un método para medir una intensidad de turbulencia de una turbina de viento de eje horizontal

(10), que comprende una etapa de obtención de un valor de medida de un anemómetro (4), caracterizado porque:

el anemómetro (4) está situado en un lado del viento de cara de un rotor (1) de la turbina de viento de eje horizontal (10), y porque

el método comprende además las etapas de:

obtener un valor de medición de un sensor que mide el movimiento del anemómetro (4); y

calcular la intensidad de la turbulencia basándose en el valor de la medición de una velocidad del viento en el anemómetro (4), eliminando, en función de un valor de medición en el sensor, una porción de la variación en el valor de medición de la velocidad del viento del anemómetro (4) causada por el movimiento del anemómetro (4).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09156308.

Solicitante: HITACHI, LTD..

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 6-6 Marunouchi 1-chome, Chiyoda-ku Tokyo 100-8280 JAPON.

Inventor/es: YOSHIDA, SHIGEO, KIYOKI,SOICHIRO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE VELOCIDADES LINEALES O ANGULARES, DE LA... > Medida de la velocidad de los fluidos, p. ej. de... > G01P5/06 (utilizando la rotación de paletas)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE VELOCIDADES LINEALES O ANGULARES, DE LA... > G01P7/00 (Medida de la velocidad por integración de la aceleración (navegación inercial, p.ej. calculando la posición o la velocidad abordo del objeto, por integración de la velocidad o de la aceleración G01C 21/16))

PDF original: ES-2517891_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

DESCRIPCION

Método para medir la intensidad de turbulencia de una turbina de viento de eje horizontal REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reivindica, según el EPC, artículo 87, la prioridad basada en la solicitud de patente japonesa n º de serie 2008 -083727, presentada el 27 de marzo de 2008.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un método para medir la intensidad de la turbulencia de una turbina de viento de eje horizontal.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Como es bien sabido, las denominadas turbinas de viento de eje horizontal se utilizan ampliamente en equipos de generación de energía eléctrica de origen eólico. Típicamente, la turbina de viento de eje horizontal está estructurada de forma que comprende un rotor al que al menos están unidas las palas radialmente desde un cubo, una góndola en la que se apoya un rotor de forma giratoria a través de un eje principal que se extiende esencialmente en la dirección horizontal, al que está unido el cubo, y una torre que soporta la góndola de manera giratoria en la dirección de la guiñada, y que está dispuesta esencialmente en la dirección vertical.

Además, en una turbina de viento de eje horizontal convencionalmente se ha usado medios de accionamiento de la guiñada capaces de controlar la rotación de guiñada de la góndola, y unos medios de control tal como un freno de guiñada que frena la rotación de guiñada, o un freno de eje principal que frena la rotación del rotor. Por otra parte, también se están utilizando turbinas de viento de eje horizontal que tienen medios para controlar el ángulo de paso de las palas.

Un tipo de turbina de viento de eje horizontal es el tipo de turbina de viento de eje horizontal, de viento de cola, que está construida de tal manera que cuando la fuerza del viento sobre las palas hace girar el rotor, el rotor se encuentra más allá en el lado del viento de cola que la torre. Por otra parte, un tipo de turbina de viento de eje horizontal, de viento de cara, está construida de tal manera que cuando la fuerza del viento sobre las palas hace girar el rotor, el rotor se encuentra más allá en el lado del viento de cara que la torre. En la publicación de solicitud de patente japonesa n º 2005-61963 y la publicación de solicitud de patente japonesa n º 2006-329107 se divulga un tipo de turbina de viento de eje horizontal de viento de cola en la que está dispuesto un anemómetro en la góndola.

La cantidad de energía eléctrica que se genera mediante generación de energía eólica y el costo de dicha energía eléctrica se basa en gran medida en la escala de la turbina de viento y la velocidad del viento, por lo que hay una tendencia a aumentar continuamente el tamaño de las turbinas de viento y a instalar colectivamente turbinas de viento, como parques eólicos, en grandes áreas abiertas donde hay vientos de alta velocidad. Japón es un país montañoso, estrecho que comprende zonas densamente pobladas, por lo que el terreno que es adecuado para la generación de energía eólica se extiende por relieve complicado, tal como de como colinas.

Por otra parte, la durabilidad y el rendimiento de una turbina de viento se ven muy afectados por la intensidad de la turbulencia. Cuando la intensidad de la turbulencia es mayor que aquella para la que fue diseñada la turbina de viento, hay una tendencia a que aumente la carga de fatiga, lo que provoca un aumento en los daños por fatiga y 45 una caída en la durabilidad.

Además, desde el aspecto de rendimiento, hay una tendencia a que se reduzca la producción hasta cerca de la producción nominal. Los parques eólicos mencionados anteriormente, y los entornos con un relieve complicado tienden a aumentar la intensidad de la turbulencia, por lo que la hora de evaluar la durabilidad y el rendimiento de 50 una turbina de viento, además de conocer la velocidad del viento en cada ubicación de la turbina de viento, también es esencial saber la intensidad de la turbulencia en cada ubicación.

Normalmente, sólo se utiliza un anemómetro de góndola que se encuentra en la góndola al iniciar o detener el control de la turbina de viento; sin embargo, también se utiliza el anemómetro a menudo en la evaluación del 55 rendimiento.

No obstante, es necesario que las características de la velocidad del viento que se deben obtener para el diseño de la turbina de viento apunten a la corriente de aire en el rotor.

Por lo tanto, convencionalmente, con el fin de obtener el valor de la velocidad del viento de la corriente de aire hacia el rotor de la turbina de viento, se instala un mástil (al que en lo sucesivo se hará referencia como mástil de referencia) en un lugar con una gran certeza de tener las mismas condiciones de viento que la turbina de viento, y se utiliza un anemómetro que se coloca en el mástil a una altura que es casi la misma altura del cubo de la turbina de viento.

La velocidad media del viento en el caso de un viento casi horizontal, se puede corregir a un equivalente a la velocidad media del viento de aire que fluye al rotor mediante la adopción de una correlación entre la velocidad del viento medida por el anemómetro en la góndola durante la operación de prueba, y la velocidad del viento medida por el anemómetro en el mástil de referencia.

La intensidad de la turbulencia también se puede corregir factiblemente a un equivalente a la intensidad de la turbulencia de la corriente de aire al rotor tomando la correlación entre la velocidad del viento que es medida por el anemómetro en la góndola durante la operación de prueba, y la velocidad del viento que es medida por el anemómetro en el mástil de referencia.

Sin embargo, un tipo normal de turbina de viento de eje horizontal con viento de cara tiene un anemómetro que se encuentra en el lado de viento de cola del rotor, por lo que no es posible obtener datos eficaces para la intensidad de la turbulencia. En otras palabras, no es posible evaluar la producción y la durabilidad, mientras se tiene en cuenta la intensidad de la turbulencia.

Por consiguiente, los inventores de la presente invención experimentaron midiendo la intensidad de la turbulencia de la corriente de aire al rotor usando un anemómetro en una góndola que se encuentra en el lado del viento de cara del rotor de un tipo de turbina de viento de eje horizontal con viento de cola.

La góndola es movida por el viento que recibe la turbina de viento. Mientras que la góndola está en movimiento, los valores obtenidos a partir del anemómetro en la góndola se desvían del valor medido cuando la góndola se encuentra en un estado de reposo o, en otras palabras, se desvía del valor absoluto en la medida de la velocidad de movimiento de la góndola. Sin embargo, el movimiento de la góndola es inevitable durante la medición. Por lo tanto, incluso cuando se obtiene el valor de la intensidad absoluta de la turbulencia, es necesario tener en cuenta los efectos del movimiento de la góndola con respecto al valor medido en el anemómetro de la góndola.

EP 1 793 123 A2 divulga una técnica para corregir errores de medición en datos producidos por un anemómetro situado en una góndola y para determinar la velocidad de viento de una corriente libre de a turbina de viento que implica determinar parámetros relativos a la turbina de viento y el funcionamiento de la misma, y usar los parámetro y los datos del anemómetro basado en la góndola como valores de entrada en un algoritmo para proporcionar la determinación datos de velocidad de viento corregidos.

US 2007/018457 divulga un método de funcionamiento de una turbina de viento. El método comprende la etapa de reducir la velocidad del rotor y/o la potencia del generador en respuesta a que una... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para medir una intensidad de turbulencia de una turbina de viento de eje horizontal (10) , que comprende una etapa de obtención de un valor de medida de un anemómetro (4) , caracterizado porque:

el anemómetro (4) está situado en un lado del viento de cara de un rotor (1) de la turbina de viento de eje horizontal (10) , y porque el método comprende además las etapas de:

obtener un valor de medición de un sensor que mide el movimiento del anemómetro (4) ; y calcular la intensidad de la turbulencia basándose en el valor de la medición de una velocidad del viento en el anemómetro (4) , eliminando, en función de un valor de medición en el sensor, una porción de la variación en el valor de medición de la velocidad del viento del anemómetro (4) causada por el movimiento del anemómetro (4) .

2. El método para medir la intensidad de la turbulencia de la turbina de viento de eje horizontal (10) de la reivindicación 1, en el que la turbina de viento de eje horizontal (10) es un tipo de turbina de viento con viento de cola que incluye una góndola (2) que se encuentra en el lado del viento de cara del rotor (1) , y 20 el anemómetro (4) está situado en la góndola (2) .

3. El método para medir la intensidad de la turbulencia de la turbina de viento de eje horizontal (10) de la reivindicación 2, en el que el sensor que mide el movimiento del anemómetro (4) es un sensor de aceleración (5) que se encuentra en la góndola (2) .

4. El método para medir la intensidad de la turbulencia de la turbina de viento de eje horizontal (10) de la reivindicación 3, caracterizado por las etapas de:

obtener datos de velocidad del viento a partir del anemómetro (4) y datos de aceleración del sensor de aceleración (5) a un régimen de muestreo especificado durante un período de tiempo determinado; calcular un valor medio y una desviación estándar de los datos de velocidad del viento para el período de tiempo especificado; calcular una desviación estándar de la velocidad del anemómetro (4) en el período de tiempo especificado basándose en los datos de aceleración; realizar una corrección restando la desviación estándar de la velocidad del anemómetro (4) de la desviación estándar de los datos de velocidad del viento para obtener una desviación estándar corregida; y dividir la desviación estándar corregida entre el valor medio de los datos de velocidad del viento y tomar el resultado como el valor de la intensidad de la turbulencia.

5. El método para medir la intensidad de la turbulencia de la turbina de viento de eje horizontal (10) de la reivindicación 1, en el que la turbina de viento de eje horizontal (10) es un tipo de turbina de viento de viento de cara que tiene una góndola (2) que está situada en un lado de viento de cola del rotor (1) .