Procedimiento para hacer funcionar una instalación de energía eólica e instalación de energía eólica.

Procedimiento para hacer funcionar una instalación de energía eólica (10), en el que la instalación de energía eólica

(10) presenta un rotor (12, 13, 22), al menos una pala de rotor (14) ajustable en ángulo, un dispositivo de frenado mecánico (19) para el frenado del rotor (14), un dispositivo de guiado del funcionamiento (15, 15') y un sistema de seguridad (16, 20), con las siguientes etapas del procedimiento:

- frenado del rotor (12, 13, 22) a través de un ajuste de ángulo (28) con una tasa media de ajuste de ángulo de menos de 8,5º/s de al menos una pala de rotor (14) después de la aparición de una señal de perturbación (30),

- frenado del rotor (12, 13, 22) a través del dispositivo de frenado mecánico (19) tan pronto como la velocidad de rotación del rotor (12, 13, 22) sobrepasa un primer límite de velocidad de rotación predeterminable, y

- activación del sistema de seguridad (16, 20) tan pronto como la velocidad de rotación del rotor (12, 13, 22) sobrepasa un segundo límite de velocidad de rotación predeterminable, en el que el rotor (12, 13, 22) se frena y en el que el segundo límite de velocidad de rotación es mayor que el primer límite de velocidad de rotación, en el que el segundo límite de velocidad de rotación no se sobrepasa en una instalación de energía eólica (10) con buen funcionamiento, tampoco durante el deslastre de carga del generador (23) combinado con una ráfaga de viento (31) extrema cuya probabilidad de aparición es menor de una vez en tres meses.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2007/000045.

Solicitante: Senvion SE.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: UBERSEERING 10 22297 HAMBURG ALEMANIA.

Inventor/es: VON MUTIUS, MARTIN, STEINER,STEFAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > Control de los motores de viento (alimentación o... > F03D7/02 (teniendo los motores de viento el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > Control de los motores de viento (alimentación o... > F03D7/04 (Control automático; Regulación)

PDF original: ES-2476426_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento para hacer funcionar una instalación de energía eólica e instalación de energía eólica.

La invención se refiere a un procedimiento para hacer funcionar una instalación de energía eólica, presentando la instalación de energía eólica un rotor, al menos una pala de rotor ajustable en ángulo, un dispositivo de frenado mecánico para el frenado del rotor y un dispositivo de guiado del funcionamiento, así como un sistema de seguridad. La invención se refiere además a una instalación de energía con un rotor, al menos una pala de rotor ajustable en ángulo, un freno mecánico para el frenado de la pala de rotor, un dispositivo de guiado del funcionamiento y un sistema de seguridad.

Se conocen en sí procedimientos para hacer funcionar una instalación de energía eólica e instalaciones de energía eólica. Para ello se indica, por ejemplo, el libro de texto “Windkraft Systemauslegung, Netzintegration und Regelung (Diseño de sistemas de energía eólica, integración en la red y regulación) , Siegfried Heier, 4ª Edición, B.G. Teubner, 15 febrero 2005. El funcionamiento de las instalaciones de energía eólica y las mismas instalaciones de energía eólica son críticos con vistas a su diseño, en particular con vistas a aspectos de seguridad. En particular en el caso de vientos fuertes en unión con un fallo de la red, en el que el par aerodinámico generado por el viento en el rotor no se topa con una resistencia por parte del generador, se pueden producir cargas de torre extremas, en particular momentos de flexión del pie de torre, ajustes de ángulo de la pala incontrolados y eventualmente incluso la activación de una cadena de seguridad. Debido al fallo de la red o más generalmente debido a un deslastre de carga del generador, el rotor empieza a acelerarse con viento fuerte hasta que comienza a frenar el sistema de frenado de la instalación de energía eólica. En función de la intensidad de la potencia de frenado aparecen solicitaciones de diferente intensidad en la instalación de energía eólica.

El documento WO 02/42641 A1 da a conocer un procedimiento para el control de una instalación de energía eólica, en el que las palas de rotor de la instalación de energía eólica se ponen en una primera posición predeterminada al alcanzar una primera velocidad del viento predeterminada y al alcanzar una segunda velocidad del viento predeterminada, que es mayor que la primera velocidad del viento, la sala de máquinas se lleva a una posición acimutal predeterminada. Esto sirve para disminuir la solicitación de la instalación de energía eólica en situaciones de viento extremo.

El objetivo de la presente invención es especificar un procedimiento seguro para hacer funcionar una instalación de energía eólica y una instalación de energía eólica segura correspondiente con solicitaciones extremas reducidas.

Este objetivo se resuelve mediante un procedimiento para hacer funcionar una instalación de energía eólica, presentando la instalación de energía eólica un rotor, al menos una pala de rotor ajustable en ángulo, un dispositivo de frenado mecánico para el frenado del rotor, un dispositivo de guiado del funcionamiento así como un sistema de seguridad, con las siguientes etapas del procedimiento:

- frenado del rotor a través de un ajuste de ángulo con una tasa media de ajuste de ángulo de menos de 8, 5º /s de al menos una pala de rotor después de la aparición de una señal de perturbación,

- frenado del rotor a través del dispositivo de frenado mecánico tan pronto como la velocidad de rotación del

rotor sobrepasa un primer límite de velocidad de rotación predeterminable, y 45

- activación del sistema de seguridad tan pronto como la velocidad de rotación del rotor sobrepasa un segundo límite de velocidad de rotación predeterminable, frenándose el rotor y siendo el segundo límite de velocidad de rotación mayor que el primer límite de velocidad de rotación, no sobrepasándose el segundo límite de velocidad de rotación en una instalación de energía eólica con buen funcionamiento, tampoco

durante el deslastre de carga del generador combinado con una ráfaga de viento extrema cuya probabilidad de aparición es menor de una vez en tres meses.

Mediante el procedimiento según la invención es posible hacer funcionar la instalación de energía eólica, incluso con ráfagas de viento extremas y deslastre de carga simultáneo del generador, de modo que no se originan 55 solicitaciones demasiado elevadas, por ejemplo, de parte de un momento de flexión del pie de torre o de un momento de flexión del rotor.

En particular la combinación del frenado del rotor a través de un ajuste de ángulo con una tasa media de ajuste de ángulo de menos de 8, 5º /s y del frenado del rotor a través del dispositivo de frenado mecánico tan pronto como la velocidad del rotor sobrepasa un primer límite de velocidad predeterminado, conduce al éxito según la invención combinado con las otras características. La tasa de ajuste de ángulo baja sirve en particular para impedir que las palas de rotor se giren de forma demasiado rápida, de modo que se impide un empuje inversor indeseado. Se basa en el conocimiento de que una tasa de ajuste de ángulo lo más lenta posible para el frenado del rotor reduce las 5 solicitaciones. La desventaja del peligro de la velocidad de rotación excesiva del rotor con ráfagas de viento impredecibles se puede controlar de forma segura según la invención mediante las características adicionales según la invención (primer y segundo limite de velocidad de rotación) . En el estado de la técnica se ha renunciado hasta ahora a las tasas de ajuste de ángulo bajas en el caso de perturbaciones, como por ejemplo caída de la carga, dado que los estados de velocidad de rotación excesiva que aparecen durante las ráfagas han conducido a solicitaciones inaceptablemente elevadas.

En el marco de la invención significa una tasa de ajuste de ángulo promediada, en particular una premediación de la tasa de ajuste de ángulo durante el intervalo de tiempo en el que tiene lugar el frenado a través de un ajuste de ángulo, en particular en tanto que el dispositivo de frenado mecánico no frena el rotor. La tasa de ajuste de ángulo para el frenado del rotor a través de un ajuste de ángulo está preferentemente no sólo en el medio sino constantemente por debajo de 8, 5º /s.

El dispositivo de frenado mecánico en una instalación de energía eólica con engranaje actúa preferentemente en el lado de rotación rápida de la cadena cinemática. En este lado también se sitúa el generador con su parte rotativa 20 designada como rotor. Sin embargo, el dispositivo de frenado mecánico también se puede disponer en el lado lento de la cadena cinemática, es decir en el lado entre el engranaje y las palas de rotor. Pero la instalación de energía eólica también puede estar realizada sin engranaje, de modo que el freno actúa en la zona del cubo o del rotor del generador. En el marco de la invención el término rotor también comprende en particular los términos, cadena cinemática, árbol rápido, rotor del generador, engranaje, árbol de rotor (= árbol lento) , cubo de rotor y palas de rotor.

Un frenado del rotor significa en particular el frenado de la cadena cinemática.

El frenado del rotor a través de un ajuste de ángulo se puede efectuar de forma aditiva al frenado del rotor a través del dispositivo de frenado mecánico o alternativamente. En primer lugar también se puede efectuar un frenado alternativo del rotor a través de un ajuste de ángulo y a continuación se pueden realizar las dos variantes de frenado,

a saber a través del ajuste de ángulo y a través del dispositivo de frenado mecánico.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para hacer funcionar una instalación de energía eólica (10) , en el que la instalación de energía eólica (10) presenta un rotor (12, 13, 22) , al menos una pala de rotor (14) ajustable en ángulo, un dispositivo de frenado mecánico (19) para el frenado del rotor (14) , un dispositivo de guiado del funcionamiento (15, 15’) y un sistema de seguridad (16, 20) , con las siguientes etapas del procedimiento:

- frenado del rotor (12, 13, 22) a través de un ajuste de ángulo (28) con una tasa media de ajuste de ángulo de

menos de 8, 5º /s de al menos una pala de rotor (14) después de la aparición de una señal de perturbación (30) , 10

- frenado del rotor (12, 13, 22) a través del dispositivo de frenado mecánico (19) tan pronto como la velocidad de rotación del rotor (12, 13, 22) sobrepasa un primer límite de velocidad de rotación predeterminable, y

- activación del sistema de seguridad (16, 20) tan pronto como la velocidad de rotación del rotor (12, 13, 22)

sobrepasa un segundo límite de velocidad de rotación predeterminable, en el que el rotor (12, 13, 22) se frena y en el que el segundo límite de velocidad de rotación es mayor que el primer límite de velocidad de rotación, en el que el segundo límite de velocidad de rotación no se sobrepasa en una instalación de energía eólica (10) con buen funcionamiento, tampoco durante el deslastre de carga del generador (23) combinado con una ráfaga de viento (31) extrema cuya probabilidad de aparición es menor de una vez en tres meses.

2. Procedimiento para hacer funcionar una instalación de energía eólica (10) , en el que la instalación de energía eólica (10) presenta un rotor (12, 13, 22) , al menos una pala de rotor (14) ajustable en ángulo, un dispositivo de frenado mecánico (19) para el frenado del rotor (14) , un dispositivo de guiado del funcionamiento (15, 15’) y un sistema de seguridad (16, 20) , con las siguientes etapas del procedimiento:

- frenado del rotor (12, 13, 22) a través de un ajuste de ángulo (28) con una tasa media de ajuste de ángulo de menos de 8, 5º /s de al menos una pala de rotor (14) después de la aparición de una señal de perturbación (30) ,

- frenado del rotor (12, 13, 22) a través del dispositivo de frenado mecánico (19) tan pronto como la velocidad de

rotación del rotor (12, 13, 22) sobrepasa un primer límite de velocidad de rotación predeterminable, y en el que el frenado mecánico se activa por el dispositivo de guiado del funcionamiento (15, 15’) ,

- activación del sistema de seguridad (16, 20) tan pronto como la velocidad de rotación del rotor (12, 13, 22)

sobrepasa un segundo límite de velocidad de rotación predeterminable, en el que el rotor (12, 13, 22) se frena y en 35 el que el segundo límite de velocidad de rotación es mayor que el primer límite de velocidad de rotación.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el segundo límite de velocidad de rotación no se sobrepasa durante una ráfaga de viento (31) con una probabilidad de aparición de una vez al año, siendo en particular la señal de perturbación (30) un sobrepaso de un tercer límite de velocidad de rotación, que es menor que el primer límite de velocidad, un deslastre de carga del generador (23) , en fallo en la red (25) y/o un fallo en el ajuste en el ajuste de ángulo (28) de al menos una pala de rotor (16) .

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la tasa de ajuste de ángulo de la al menos una pala de rotor (14) después de la aparición de la señal de perturbación (30) es menor de 45 8º /s, en particular menor de 6, 5º /s, en particular menor de 4, 6º /s, regulándose en particular la tasa de ajuste de ángulo por un dispositivo de regulación (15, 15’) asociado al dispositivo de guiado del funcionamiento (15, 15’) o por un dispositivo de regulación (17) separado, modificándose en particular la tasa de ajuste de ángulo de la al menos una pala de rotor (10) al sobrepasar un ángulo de la pala predeterminable a una tasa de ajuste de ángulo menor, en particular a una tasa de ajuste de ángulo que es menor que la mitad, en particular menor que un cuarto de la tasa de 50 ajuste de ángulo anterior.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el primer límite de velocidad de rotación se sitúa en un rango de más del 15% por encima de una velocidad de rotación nominal de la instalación de energía eólica (10) , que presenta en particular una potencia nominal de más de 1, 45 MW, situándose 55 en particular el primer límite de velocidad de rotación entre el 20 y el 35%, en particular entre el 22 y el 28% por encima de la velocidad de rotación nominal de la instalación de energía eólica (10) , situándose en particular el segundo límite de velocidad de rotación en un rango del 35% al 45% por encima de una velocidad de rotación nominal de la instalación de energía eólica (10) , situándose en particular el segundo límite de velocidad de rotación en un rango del 5% al 20% por encima del primer límite de velocidad de rotación de la instalación de energía eólica (10) , situándose en particular el tercer límite de velocidad de rotación en un rango del 10% al 20%, en particular del 15% al 17% por encima de una velocidad de rotación nominal de la instalación de energía eólica (10) .

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el frenado del rotor (12,

13, 22) a través del dispositivo de frenado mecánico (19) se termina al quedar por debajo de un cuarto límite de velocidad de rotación predeterminable, terminándose en particular el frenado del rotor (12, 13, 22) a través del dispositivo de frenado mecánico (19) cuando un ángulo de la pala de rotor medio sobrepasa un valor límite predeterminable y se sobrepasa un tiempo predeterminable desde el comienzo del frenado del rotor (12, 13, 22) a través del dispositivo de frenado mecánico (19) .

7. Procedimiento para hacer funcionar una instalación de energía eólica (10) , en el que la instalación de energía eólica (10) presenta un rotor (12, 13, 22) , al menos una pala de rotor (14) ajustable en ángulo, una torre (11) , un dispositivo de guiado del funcionamiento (15, 15’) y un sistema de seguridad (16, 20) , con las siguientes etapas del procedimiento:

- funcionamiento de la instalación de energía eólica, regulado o controlado por el dispositivo de guiado del funcionamiento (15, 15’) para la generación de energía eléctrica hasta la aparición de una señal de perturbación (30) ,

- activación del sistema de seguridad (16, 20) en caso de aparición de la señal de perturbación y frenado subsiguiente del rotor (12, 13, 22) a través de un ajuste de ángulo (28) con una tasa media de ajuste de ángulo, en particular inicial, de menos de 6, 5º /s de la al menos una pala de rotor, determinada durante un intervalo de tiempo de medio hasta un periodo de oscilación completo de la torre.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque la tasa media de ajuste de ángulo es menor de 6º /s, en particular menor de 5º /s, en particular menor de 4, 6º /s, controlándose o regulándose en particular la tasa de ajuste de ángulo y reduciéndose aun más con aumento creciente del ángulo de la pala y/o disminución de la velocidad de rotación, estando presente en particular la señal de perturbación (30) con un deslastre de carga de un generador (23) acoplado con una ráfaga de viento (31) extrema, siendo la probabilidad de aparición de la ráfaga de viento (31) menor de una vez en tres meses, en particular menor de una vez al año.

9. Instalación de energía eólica (10) con una pala de rotor (12, 13, 22) , al menos una pala de rotor (4) ajustable en ángulo, un freno mecánico (19) para el frenado del rotor (12, 13, 22) , un dispositivo de guiado del funcionamiento (15, 15’) y un sistema de seguridad (16, 20) , en el que está previsto un primer dispositivo de frenado 35 (18) que frena el rotor (12, 13, 22) a través de un ajuste de ángulo (28) de la al menos una pala de rotor (14) con una tasa media de ajuste de ángulo de menos de 8, 5º /s en presencia de una señal de perturbación (20) , en el que está previsto un segundo dispositivo de frenado (19) para el frenado mecánico del rotor (12, 13, 22) tan pronto como la velocidad de rotación del rotor (12, 13, 22) sobrepasa un primer límite de velocidad de rotación predeterminable, en el que el sistema de seguridad (16, 20) es previsto para el frenado del rotor (12, 13, 22) en el caso en el que la 40 velocidad de rotación del rotor (12, 13, 22) sobrepasa un segundo límite de velocidad de rotación predeterminable, en el que el segundo límite de velocidad de rotación es mayor que el primer límite de velocidad de rotación, en el que el segundo límite de velocidad de rotación y la instalación de energía eólica (10) están dimensionados de modo que en una instalación de energía eólica (10) con buen funcionamiento no se sobrepasa el segundo límite de velocidad de rotación, tampoco durante el deslastre de carga del generador (23) combinado con una ráfaga de

viento (31) extrema cuya probabilidad de aparición es menor de una vez en tres meses.

10. Instalación de energía eólica (10) con un rotor (12, 13, 22) , al menos una pala de rotor (4) ajustable en ángulo, un freno mecánico (19) para el frenado del rotor (12, 13, 22) , un dispositivo de guiado del funcionamiento (15, 15’) y un sistema de seguridad (16, 20) , en el que está previsto un primer dispositivo de frenado (18) que frena 50 el rotor (12, 13, 22) a través de un ajuste de ángulo (28) de la al menos una pala de rotor (14) con una tasa media de ajuste de ángulo de menos de 8, 5º /s en presencia de una señal de perturbación (20) , en el que está previsto un segundo dispositivo de frenado (19) para el frenado mecánico del rotor (12, 13, 22) tan pronto como la velocidad de rotación del rotor (12, 13, 22) sobrepasa un primer límite de velocidad de rotación predeterminable, en el que el segundo dispositivo de frenado (19) se puede activar mediante el dispositivo de guiado del funcionamiento (15, 15’) ,

en el que el sistema de seguridad (16, 20) es previsto para el frenado del rotor (12, 13, 22) en el caso en el que la velocidad de rotación del rotor (12, 13, 22) sobrepasa un segundo límite de velocidad de rotación predeterminable, en el que el segundo límite de velocidad de rotación es mayor que el primer límite de velocidad de rotación.

11. Instalación de energía eólica (10) según la reivindicación 9 ó 10, caracterizada porque el segundo límite de velocidad de rotación no se sobrepasa durante una ráfaga de viento (31) con una probabilidad de aparición de una vez al año, siendo en particular la señal de perturbación (30) un sobrepaso de un tercer límite de velocidad de rotación, que es menor que el primer límite de velocidad, un deslastre de carga del generador (23) , en fallo en la red (25) y/o un fallo en el ajuste en el ajuste de ángulo (28) de al menos una pala de rotor (14) .

12. Instalación de energía eólica (10) según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizada porque la tasa de ajuste de ángulo de la al menos una pala de rotor (14) en presencia de la señal de perturbación (30) es menor de 8º /s, en particular menor de 6, 5º /s, en particular menor de 4, 6º /s, pudiéndose regular en particular la tasa de ajuste de ángulo por un dispositivo de regulación (15, 15’) asociado al dispositivo de guiado del funcionamiento (15, 15’) o por un dispositivo de regulación (17) separado, pudiéndose modificar en particular la tasa de ajuste de ángulo de la al menos una pala de rotor (14) al sobrepasar un ángulo de la pala predeterminable a una tasa de ajuste de ángulo menor, en particular a una tasa de ajuste de ángulo que es menor que la mitad, en particular menor que un cuarto de la tasa de ajuste de ángulo anterior.

13. Instalación de energía eólica (10) según una de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizada porque el primer límite de velocidad de rotación se sitúa en un rango de más del 15% por encima de una velocidad de rotación nominal de la instalación de energía eólica (10) , situándose en particular el primer límite de velocidad de rotación entre el 20 y el 35%, en particular entre el 22 y el 28% por encima de la velocidad de rotación nominal de la instalación de energía eólica (10) , situándose en particular el segundo límite de velocidad de rotación en un rango del 35% al 45% por encima de una velocidad de rotación nominal de la instalación de energía eólica (10) , que presenta en particular una potencia nominal de más de 1, 45 MW, situándose en particular el segundo límite de velocidad de rotación en un rango del 5% al 20% por encima del primer límite de velocidad de rotación de la instalación de energía eólica (10) , situándose en particular el tercer límite de velocidad de rotación en un rango del 10% al 20%, en particular del 15% al 17% por encima de una velocidad de rotación nominal de la instalación de energía eólica (10) , que presenta en particular una potencia nominal de más de 1, 45 MW.

14. Instalación de energía eólica (10) según una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizada porque el frenado del rotor (12, 13, 22) a través del dispositivo de frenado mecánico (10) se puede terminar al quedar por debajo de un cuarto límite de velocidad de rotación predeterminable, pudiéndose terminar en particular el frenado del

rotor (12, 13, 22) a través del dispositivo de frenado mecánico (19) cuando un ángulo de la pala de rotor medio sobrepasa un valor límite predeterminable y se sobrepasa un tiempo predeterminable desde el comienzo del frenado del rotor (12, 13, 22) a través del dispositivo de frenado mecánico (19) .

15. Instalación de energía eólica (10) con un rotor (12, 13, 22) , al menos una pala de rotor (14) ajustable en ángulo, una torre (11) , un dispositivo de guiado del funcionamiento (15, 15’) y un sistema de seguridad (16, 20) , en el que el dispositivo de guiado del funcionamiento (15, 15’) está previsto para el funcionamiento regulado o controlado de la instalación de energía eólica (10) para la generación de energía eléctrica hasta la aparición de una señal de perturbación (30) , en el que durante y/o después de la aparición de la señal de perturbación se puede activar el sistema de seguridad (16, 20) y mediante el sistema de seguridad de seguridad (16, 20) se provoca un frenado del rotor (12, 13, 22) a través de un ajuste de ángulo (28) con una tasa media de ajuste de ángulo, en particular inicial, de menos de 6, 5º /s de la al menos una pala de rotor, determinada durante un intervalo de tiempo de medio hasta un periodo de oscilación completo de la torre.

16. Instalación de energía eólica (10) según la reivindicación 15, caracterizada porque la tasa media de 45 ajuste de ángulo es menor de 6º /s, en particular menor de 5º /s, en particular menor de 4, 5º /s, pudiéndose controlar o regular en particular la tasa de ajuste de ángulo y pudiéndose reducir aun más con aumento creciente del ángulo de la pala y/o disminución de la velocidad de rotación, estando presente en particular la señal de perturbación (30) con un deslastre de carga de un generador (23) acoplado con una ráfaga de viento (31) extrema, siendo la probabilidad de aparición de la ráfaga de viento (31) menor de una vez en tres meses, en particular menor de una vez al año.