Método para prolongar y/o controlar la vida útil de uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos en una turbina eólica, una turbina eólica y uso de la misma.

Método para prolongar y/o controlar la vida útil de uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos

(8) en una turbina eólica (1), controlando el procedimiento de enfriamiento de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8), disminuyendo gradualmente la temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) para reducir el número de fluctuaciones de temperatura de los componentes de generación de calor y/o pasivos (8).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DK2005/000698.

Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: Hedeager 42 8200 Aarhus N DINAMARCA.

Inventor/es: RIMMEN,PETER DE PLACE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > PLANTAS MOTRICES DE TURBINAS DE GAS; TOMAS DE AIRE... > Control de las plantas motrices de turbinas de gas;... > F02C9/28 (Sistemas de regulación que responden a parámetros establecidos o de ambiente, p. ej. temperatura, presión, velocidad del rotor (F02C 9/30 - F02C 9/38, F02C 9/44 tienen prioridad))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > F03D7/00 (Control de los motores de viento (alimentación o distribución de energía eléctrica H02J, p.ej. disposiciones para ajustar, eliminar o compensar la potencia reactiva en las redes H02J 3/18; control de generadores eléctricos H02P, p.ej. disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida H02P 9/00))

PDF original: ES-2536740_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método para prolongar y/o controlar la vida útil de uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos en una turbina eólica, una turbina eólica y uso de la misma Antecedentes de la invención La invención se refiere a un método para prolongar y/o controlar la vida útil de uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos en una turbina eólica, a una turbina eólica y al uso de la misma.

Descripción de la técnica relacionada Una turbina eólica conocida en la técnica comprende una torre de turbina eólica y una góndola de turbina eólica colocada encima de la torre. Un rotor de turbina eólica con tres palas de turbina eólica está conectado a la góndola a través de un árbol de baja velocidad, que se extiende hacia fuera de la parte frontal de la góndola tal como se ilustra en la figura 1.

El esfuerzo térmico para los componentes que contienen o comprenden materiales de diferentes coeficientes de expansión por temperatura es un problema muy conocido, y dentro de la técnica de la elaboración de turbinas eólicas este problema es particularmente notable.

El esfuerzo térmico se origina básicamente a partir de dos factores: alta temperatura y, de manera más importante, temperaturas variables. En los documentos WO 2004/085816 o US 6.212.871 se dan a conocer ejemplos para controlar el esfuerzo térmico.

La "ley" exponencial de Arrhenius, que es una teoría suficientemente probada, sugiere que cuanto mayor es la temperatura, más rápido se producirá una reacción química dada y por ejemplo en cuanto a los componentes eléctricos, la regla general dice que por cada 10ºC que asciende la temperatura, el riesgo de fallos se duplica. Por tanto para garantizar una vida útil larga de los componentes de generación de calor y/o pasivos de turbinas eólicas tales como convertidores de potencia, generadores, sistemas de control, engranajes y sistemas hidráulicos se conoce dotar a estos componentes de algún tipo de control de temperatura, a menudo en forma de sistemas de refrigeración que mantienen la temperatura de funcionamiento de los componentes por debajo de un determinado nivel.

El problema con esta solución es que la temperatura ambiental varía mucho de un sitio a otro, del día a la noche y de una estación a otra. Esto, combinado con la variación en la producción de calor interno, debido a las condiciones de viento variables y de ese modo a la producción de electricidad variable, hace que la temperatura de los componentes varíe mucho tanto durante el día y la noche como durante el año. Además resulta muy difícil estimar la vida útil de los componentes si no hay o hay muy poco control del tamaño y número de las fluctuaciones de temperatura.

Las temperaturas variables en los componentes de generación de calor y/o pasivos es un gran problema, principalmente debido al hecho de que diferentes materiales tienen diferentes coeficientes de expansión térmica, pero también debido a que por ejemplo los lubricantes y los componentes mecánicos de interacción están hechos para trabajar de manera óptima a una temperatura específica.

La solución a este problema sería mantener la temperatura de los componentes fija todo el tiempo. Pero esto exigiría un sistema de refrigeración y calentamiento con una capacidad muy alta, que sería costoso en los costes de fabricación, funcionamiento y mantenimiento. Además un sistema o sistemas de este tipo serían tanto grandes como pesados, lo que resulta particularmente desventajoso en la técnica de elaboración de turbinas eólicas.

Por tanto, un objeto de la invención es proporcionar un sistema de control de temperatura para componentes de generación de calor y/o pasivos en o junto a una turbina eólica sin las desventajas mencionadas.

Además es un objeto de la invención proporcionar un sistema de control de temperatura rentable que reduzca el esfuerzo térmico en los componentes de generación de calor y/o pasivos de una turbina eólica.

Especialmente es un objeto de la invención proporcionar un sistema de control de temperatura rentable que controle el esfuerzo térmico en los componentes de generación de calor y/o pasivos de una turbina eólica.

La invención La invención proporciona un método para prolongar y/o controlar la vida útil de uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos en una turbina eólica, con las características de la reivindicación 1.

Si la turbina eólica estuviera equipada con un sistema de control de temperatura con una capacidad de refrigeración, que hiciera posible controlar la temperatura de los componentes de generación de calor y/o pasivos cuando su temperatura ascendiera, la temperatura de los componentes no ascendería en primer lugar. No obstante, tal sistema de control de temperatura sería grande, pesado y costoso. Sin embargo cuando la capacidad de refrigeración supera

la salida de calor global, la temperatura de los componentes empezará a caer y este proceso puede controlarse mediante un sistema de control de temperatura de turbina eólica del mismo tamaño y capacidad que un sistema de control de temperatura convencional. Incluso aunque este control de la temperatura de los componentes mantendrá en la mayoría de los casos la temperatura de los componentes a un nivel más alto de lo necesario durante el proceso de enfriamiento (lo que posiblemente reduce la vida útil de los componentes) , aún resulta ventajoso porque el número de fluctuaciones de temperatura se reduce de un modo que en la mayoría de los casos prolongará la vida útil total de los componentes de generación de calor y/o pasivos. Además, posiblemente más importante, esto hace posible, dentro de un margen de error razonable, predecir el número de fluctuaciones y de ese modo predecir la vida útil de los componentes de generación de calor y/o pasivos. Esto resulta ventajoso porque hace rentable o al menos más rentable sustituir determinados componentes a determinados intervalos por ejemplo en conexión con el mantenimiento convencional de la turbina eólica.

Ha de destacarse que por el término "componentes de generación de calor" han de entenderse componentes, que producen calor por ejemplo porque conducen energía eléctrica, porque están en movimiento u otros. Podría ser por ejemplo una placa base eléctricamente activa, todo un convertidor de potencia eléctricamente activo o un cojinete giratorio. Por el término "componentes pasivos" han de entenderse componentes que no producen calor por sí mismos, pero podrían estar todavía bajo la influencia de, por ejemplo, la radiación de calor procedente de componentes de generación de calor colindantes y la temperatura ambiental en general. Podría ser por ejemplo una placa base que está apagada, lo que quiere decir que no conduce ninguna energía eléctrica, podría ser un aceite estancado en el colector de aceite de un engranaje o un sistema hidráulico u otro componente que temporal o permanentemente no genera calor.

Además, ha de destacarse que los componentes de generación de calor y/o pasivos no tienen que estar ubicados necesariamente dentro de la turbina eólica por ejemplo en la torre o en la góndola. Podrían estar ubicados también en un armario, una caseta o una casa fuera de la turbina eólica.

Un aspecto de la invención proporciona un método que comprende las etapas de monitorizar la temperatura de dichos uno o más de dichos componentes de generación de calor y/o pasivos, detectar picos en la temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos y controlar la temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos por medio de uno o más sistemas de control de temperatura que incluyen medios de calentamiento y refrigeración, en relación con el... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método para prolongar y/o controlar la vida útil de uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) en una turbina eólica (1) , controlando el procedimiento de enfriamiento de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) , disminuyendo gradualmente la temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) para reducir el número de fluctuaciones de temperatura de los componentes de generación de calor y/o pasivos (8) .

2. Método según la reivindicación 1, comprendiendo dicho método las etapas de monitorizar la temperatura de dichos uno o más de dichos componentes de generación de calor y/o pasivos (8) , detectar picos (24) en la temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) y controlar la temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) por medio de uno o más sistemas de control de temperatura (26) que incluyen medios de calentamiento y refrigeración (6, 7, 15, 19, 20, 21, 22) , en relación con el último pico de temperatura (24) .

3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que dicha temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) se controla según una curva de referencia predefinida.

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) se controla según una curva de referencia lineal o sustancialmente lineal.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) se controla disminuyendo dicha temperatura de dichos uno o más de dichos componentes de generación de calor y/o pasivos (8) en etapas.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) se controla disminuyendo dicha temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) hasta que se alcanza la temperatura de funcionamiento más baja predefinida.

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) se controla disminuyendo dicha temperatura hasta que dicha temperatura asciende y se produce un nuevo pico de temperatura (24) .

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) se controla disminuyendo dicha temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) como promedio 1ºC cada entre 10 minutos y 1440 minutos, preferiblemente entre 60 minutos y 720 minutos y más preferiblemente entre 180 minutos y 540 minutos.

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) se controla controlando la temperatura del aire en y/o que rodea uno o más de dichos componentes de generación de calor y/o pasivos (8) y/o controlando la temperatura de un medio fluido para el control de la temperatura interna de uno o más de dichos componentes de generación de calor y/o pasivos (8) .

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) se controla por medio de al menos un refrigerante tal como agua sustancialmente a prueba de congelación, salmuera, amoniaco, CO2 y/o gases Freón.

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de calentamiento y refrigeración comprenden medios para calentar o refrigerar dicho refrigerante.

12. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos componentes de generación de calor y/o pasivos (8) son equipos de manipulación de potencia (10) y/o componentes mecánicos tales como convertidores de potencia (9) , generadores, conmutadores, inversores, resistencias (11) , sistemas hidráulicos, engranajes, transformadores y sistemas de control.

13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 12, en el que dicho método incluye además la etapa 50 de disminuir dicha temperatura de dichos uno o más de dichos componentes de generación de calor y/o pasivos (8) controlados a partir de dicha temperatura de pico (24) .

14. Método según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 13, en el que dicho método incluye además la etapa 12

de colocar dichos medios (20, 21) para controlar la temperatura del aire en y/o que rodea uno o más de dichos componentes de generación de calor y/o pasivos (8) dentro de dichos componentes de generación de calor y/o pasivos (8) .

15. Método según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 14, en el que dicho método incluye además la etapa de controlar la temperatura de dichos medios para controlar la temperatura (20, 21) del aire en y/o que rodea uno o más de dichos componentes de generación de calor y/o pasivos (8) por medio de dicho refrigerante.

16. Método según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 15, en el que dicha temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) se controla variando la salida de dichos medios de 10 calentamiento y refrigeración (6, 7, 15, 19, 20, 21, 22) .

17. Método según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 16, en el que dicha temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) se controla encendiendo y apagando dichos medios de calentamiento y refrigeración (6, 7, 15, 19, 20, 21, 22) .

18. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho método comprende además

estimar la vida útil de dichos componentes (8) mediante el uso de uno o más modelos de predicción de vida útil por fatiga tales como el modelo Coffin-Manson.

19. Turbina eólica (1) que comprende medios para prolongar y/o controlar la vida útil de uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) controlando el procedimiento de enfriamiento de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) disminuyendo gradualmente la temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) para reducir el número de fluctuaciones de temperatura de los componentes de generación de calor y/o pasivos (8) .

20. Turbina eólica (1) según la reivindicación 19, en la que dichos medios comprenden uno o más sistemas de control de temperatura (26) que incluyen medios de calentamiento y refrigeración (6, 7, 15, 19, 20, 21, 22) , medios para monitorizar la temperatura (16, 17) de uno o más de dichos componentes de generación de calor y/o pasivos (8) , medios para detectar picos (24) en la temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) y medios para controlar la temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos 30 (8) por medio de dichos uno o más sistemas de control de temperatura (26) en relación con el último pico de temperatura (24) .

21. Turbina eólica (1) según la reivindicación 19 ó 20, en la que dichos medios disminuyen la temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) según una curva de referencia predefinida.

22. Turbina eólica (1) según la reivindicación 21, en la que dicha curva de referencia predefinida conlleva una disminución de manera sustancialmente lineal de dicha temperatura.

23. Turbina eólica (1) según la reivindicación 21, en la que dicha curva de referencia predefinida conlleva una disminución de dicha temperatura en etapas.

24. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 23, en la que dichos medios disminuyen la

temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos hasta que se alcanza la temperatura de funcionamiento más baja predefinida o hasta que dicha temperatura asciende y se produce un nuevo pico de temperatura (24) .

25. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 24, en la que dichos medios disminuyen la temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) como promedio 1ºC

cada entre 10 minutos y 1440 minutos, preferiblemente entre 60 minutos y 720 minutos y más preferiblemente entre 180 minutos y 540 minutos.

26. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 25, en la que dichos medios comprenden además al menos un refrigerante tal como agua sustancialmente a prueba de congelación, salmuera, amoniaco, CO2 y/o gases Freón.

27. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 26, en la que dichos medios de calentamiento y refrigeración comprenden medios para calentar o refrigerar dicho refrigerante.

28. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 27, en la que dichos componentes de generación de calor y/o pasivos (8) son equipos de manipulación de potencia (10) y/o componentes mecánicos tales como convertidores de potencia (9) , generadores, conmutadores, inversores, resistencias (11) , sistemas hidráulicos, engranajes, transformadores y sistemas de control.

29. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 28, en la que dichos medios disminuyen la temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) controlados a partir de dicha temperatura de pico (24) .

30. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 29, en la que los medios controlan la temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) variando la salida de 10 dichos medios de calentamiento y refrigeración (6, 7, 15, 19, 20, 21, 22) .

31. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 30, en la que dichos medios controlan la temperatura de dichos uno o más componentes de generación de calor y/o pasivos (8) encendiendo y apagando dichos medios de calentamiento y refrigeración (6, 7, 15, 19, 20, 21, 22) .

32. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 31, en la que dichos medios comprenden

medios para controlar la temperatura del aire en y/o que rodea uno o más de dichos componentes de generación de calor y/o pasivos (8) y/o medios fluidos para el control de la temperatura interna de uno o más de dichos componentes de generación de calor y/o pasivos (8) .

33. Turbina eólica (1) según la reivindicación 32, en la que dichos medios para controlar la temperatura (20, 21)

del aire en y/o que rodea uno o más de dichos componentes de generación de calor y/o pasivos (8) están 20 colocados dentro de dichos componentes de generación de calor y/o pasivos (8) .

34. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 33, en la que dichos medios controlan la temperatura de dichos medios para controlar la temperatura (20, 21) del aire en y/o que rodea uno o más de dichos componentes de generación de calor y/o pasivos (8) por medio de dicho refrigerante.

35. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 34, en la que dicha turbina eólica (1) es una 25 turbina eólica controlada por paso de velocidad variable.

36. Uso de turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 34 en combinación con un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18.