Pala eólica modular, método de unión, y aerogenerador.

Pala eólica modular que comprende dos o más módulos. Dichos módulos están unidos entre sí por unas zonas denominadas de unión.

La sección de unión es tal que el espesor de la misma es mayor que el espesor de las secciones adyacentes a la unión. La unión es fiable en el comportamiento estructural a fatiga de la pala. Se define además un método de unión para ensamblar dichos módulos, así como un aerogenerador que incorpora dicha pala eólica modular.

Pala eólica modular, método de unión, y aerogenerador Sector de la técnica

La invención se encuadra en el sector energético, y más concretamente dentro de la energía eólica, que forma parte de las energías denominadas renovables.

Estado de la técnica

En la actualidad existe una tendencia a sacar mayor rendimiento de las energías denominadas renovables, dentro de las cuales la energía eólica es una de las más experimentadas, debido a la importancia que tiene para los países y productores de energía dejar de depender de fuentes fósiles limitadas.

En los últimos años, las palas eólicas tienden a ser cada vez elementos más grandes. Esto se debe en parte a que los sitios con condiciones de viento óptimas son limitados, y por lo tanto se tiende a sacar también mayor rendimiento de los lugares menos óptimos en cuanto a producción de energía, de forma que para conseguir esto es necesario aumentar el diámetro del rotor. La potencia del aerogenerador es directamente proporcional al área del rotor, y cuanto mayor sea éste por lo general el tamaño de la turbina también es mayor. Por lo tanto, la longitud de la pala también es cada vez mayor, con diseños actuales que llegan hasta los 90 metros de longitud.

Esto hace que se busquen cada vez más lugares propicios para sacarles el mayor rendimiento posible, lugares que por lo general se encuentran en zonas poco habitadas, y que además también coinciden con la apertura de nuevos mercados no tan saturados y explotados en cuanto a energía eólica se refiere. Lugares como China, India, Brasil, o Incluso África, son lugares de enormes extensiones y con unas comunicaciones por carretera las cuales no se han visto en la necesidad de ser dlmensionadas de acuerdo al transporte de elementos de elevada longitud, esto hace que en muchas ocasiones las carreteras sean estrechas y con curvas muy cerradas que Impiden el transporte por carretera de palas tan grandes. A pesar de que puedan utilizarse otros métodos de transporte como helicópteros o globos dirigibles para el transporte por dichos lugares, estos métodos no suelen ser económicamente viables.

Por ello son muchas las Invenciones que en la última década han intentado buscar una solución a esta necesidad, con el objetivo de crear palas eólicas que puedan ser

transportadas en varios módulos y que sean ensambladas en campo, antes de su montaje en el aerogenerador.

Se conocen varias invenciones orientadas a buscar una solución para el desarrollo de palas eólicas modulares. Existen diversos tipos de soluciones para palas eólicas modulares que las podemos clasificar en función del tipo de unión, la mayoría de las soluciones optan por uniones atornilladas, como pueden ser EP 1584817, WO 2009/090537, ó US 2011/0293432; otras optan por uniones pegadas, como pueden ser US 2007/253824, WO 2012/004571, ó US 8348622; y otras optan por uniones tipo celosía, ver WO 2010/135737 ó US 2012/0195765. Estas tres formas de unión son las que se han definido repetidamente hasta la fecha e incluso existen fabricantes de palas que han ensayado algunos de estos tipo de unión pero con cierta incertidumbre en sus resultados a fatiga. De forma que hasta la fecha no se conoce ningún tipo de solución para palas eólicas modulares que sea completamente fiable en sus resultados a fatiga, y con esta invención se pretende solucionar este problema.

Cabe además añadir que muchas de estas uniones no son sencillas de realizar en campo y pueden necesitar de costosas inspecciones periódicas y mantenimiento de las mismas.

Descripción general de la invención

La invención está relacionada con una pala eólica modular que se compone de al menos dos módulos. La invención propuesta define la unión entre los módulos con el objetivo de que queden firmemente unidos entre sí durante el ciclo de vida de la pala.

Cada uno de los módulos de la pala de pala está formado estructuralmente por una parte de material compuesto y por otra parte de material metálico, y la unión entre ambos módulos se realiza directamente entre las partes metálicas de cada módulo destinadas a tal fin. La parte metálica de cada modulo puede estar compuesta por uno o dos elementos, o por varios elementos discretos.

La parte de compuesto y la metálica pueden estar unidas entre sí bien mediante cualquier método típico de infusión para la fabricación de material compuesto, entendiendo que éste se suele componer de fibra y resina, o bien mediante pegado.

Se pretende además que la conexión entre las partes metálicas sea fiable en fatiga y sencilla de realizar en campo, y que no requiera de elevados costes de inspección o mantenimiento.

Además también se define el método de unión entre los módulos para el tipo de solución propuesta.

Descripción de los dibujos

Para mayor claridad en la definición y divulgación de la presente Invención se Incluyen las siguientes figuras:

FIG.1 Muestra un aerogenerador de tres palas.

FIG.2 Se define la nomenclatura típica utilizada para describir zonas de una pala eóllca. FIG.3A Muestra una pala eóllca y los módulos en las que se puede componer de acuerdo a la presente Invención. Caso de 2 módulos.

FIG.3B Muestra la transición entre la parte metálica y la parte de compuesto en una zona de unión de uno de los módulos.

FIG.4 Muestra una pala eóllca y los módulos en las que se puede componer de acuerdo a la presente Invención. Caso de 3 módulos.

FIGS.5A y 5B Muestran los distintos tipos de geometría que se pueden dar en la zona de unión de la pala.

FIG.6 Muestra la estructura típica de cada módulo.

FIG.7 Muestra una vista transversal de la zona de unión entre módulos.

FIG.8 Muestra una vista longitudinal de la zona de unión entre módulos.

FIG.9A y 9B Muestran diferentes alternativas para las partes metálicas continuas de cada módulo.

FIG.10A y 10B Muestran diferentes alternativas para las partes metálicas discretas de cada módulo.

FIG.11 Muestra el diagrama de flujo para un método de ensamblaje de acuerdo a la presente invención.

Descripción detallada de la invención

Debe entenderse que la descripción detallada de la invención con ejemplos y dibujos específicos, además de para definir el concepto de la invención, son expuestos únicamente de forma ilustrativa, de forma que varios cambios y modificaciones podrían darse para mejorar la presente invención, pero siempre dentro del contexto de la misma.

La FIG.1 muestra un aerogenerador típico (100) característico del ámbito de aplicación de la presente invención. Este tipo de aerogeneradores incluye una torre (110) hecha de acero y que en su parte superior monta una góndola (120), en cuyo interior se dispone normalmente del mecanismo convertidor de energía. Acoplado a esta góndola (120) se monta un buje (130) el cual sirve de base estructural para montar las palas eólicas (140).

La FIG.2 muestra la geometría de una pala eóllca enteriza típica (200), no modular. La parte de la pala eóllca (200) que queda unida al buje del aerogenerador se denomina raíz (210), y el extremo opuesto es denominado punta (220). Además se define como dirección longitudinal de la pala (230) la dirección que va desde raíz (210) a punta (220), y la dirección que va desde el borde de ataque (240) al borde de salida (250) se define como dirección transversal (260), y que es ortogonal a la anterior dirección longitudinal (230).

La FIG.3A muestra una pala eóllca modular (301) compuesta por dos módulos, un módulo que podemos denominar de raíz (310) y otro módulo que podemos denominar de punta (320). Para ambos módulos se definen las zonas de unión como (311) y (321). Se denominan zonas de unión porque estarían destinadas a tal fin y además estarían formadas por material compuesto y por material metálico. Las partes de cada módulo (312) y (322) se definen como zonas de no unión. La Interfaz entre las distintas zonas de unión (311) y (321) se denomina sección de unión (330).

Esta sección de unión (330) puede tener un espesor (340) normalmente mayor, relativo al que corresponde en la definición aerodinámica de cada módulo a unir (310) y (320). Este aumento relativo del espesor es necesario para conseguir un momento de inercia adecuado con el dlmenslonamlento a fatiga de la pala eóllca (301). Mientras que la dimensión de la cuerda (350) normalmente no necesita aumentarse en la sección de unión (330).

La FIG.3B muestra una sección longitudinal (302) de una zona de unión (311), se observa cómo se realiza la transición entre la parte metálica (360) y la parte de compuesto (370) correspondientes a la zona de unión (311) de uno de los módulos...

1. Una pala eólica modular compuesta por dos o más módulos y caracterizada porque:

Cada módulo contiene una zona de no unión y otra zona de unión. La zona de unión estaría formada por material compuesto y por material metálico.

Dichas zonas de unión son modificadas geométrica y estructuralmente, respecto a las secciones adyacentes de las zonas de no unión, para contener una estructura metálica que permita la unión entre los módulos.

Las zonas de unión se conectan entre sí para formar la pala eólica.

Las zonas de no unión no son objeto de la Invención.

2. La pala de acuerdo a la reivindicación 1, en donde la unión queda definida por la geometría de las conchas comprendidas en las zonas de unión de cada módulo.

3. La pala de acuerdo a la reivindicación 1, donde la dimensión máxima del espesor del perfil de la sección de unión puede ser un valor de hasta el 100% de la dimensión del espesor relativo a cualquiera de las secciones adyacentes contenidas en las zonas de no unión.

4. La pala de acuerdo a la reivindicación 1, donde la dimensión máxima de la cuerda del perfil de la sección de unión no supera la dimensión de la cuerda relativa a cualquiera de las secciones adyacentes contenidas en las zonas de no unión.

5. La pala de acuerdo a la reivindicación 1, donde cada sección de unión tendrá una forma geométrica elíptica o una forma sustancialmente similar a la de perfil de sus secciones adyacentes pertenecientes a las zonas de no unión. Las zonas metálicas a unir tendrán la misma forma geométrica o similar.

6. Un proceso de unión entre los módulos de una pala de la reivindicación 1 que comprenda,

el suministro de los módulos que componen la pala hasta el lugar de Instalación del aerogenerador.

el poslclonamlento y alineamiento de los módulos que forman la pala.

la unión entre dichos módulos mediante un proceso de soldadura que garantiza una unión fija y permanente, de forma que se obtenga una unión uniforme para la transmisión de cargas a través de las partes metálicas

contenidas en las zonas de unión de los módulos, y que es fiable para el comportamiento estructural de la pala a fatiga.

la inspección de la unión realizada para asegurar la fiabilidad de la misma durante el ciclo de vida de la pala.

7. Un aerogenerador que contiene un rotor formado por al menos una pala eólica modular de acuerdo a la reivindicación 1.