Procedimiento y dispositivo generador asíncrono para la generación de energía hidroeléctrica,

con el fin de mejorar el rendimiento de un sistema de generación de energía hidroeléctrica.

Procedimiento y dispositivo generador asíncrono para la generación de energía hidroeléctrica.

Campo de la invención

La presente invención se engloba dentro de la ingeniería mecánico-eléctrica, y en el campo de la generación de energía hidroeléctrica, y específicamente en el de procedimientos y equipos para mejorar el rendimiento de un sistema de generación de

energía hidroeléctrica.

Base de funcionamiento de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento de generación hidroeléctrica (2)

que consigue mejores rendimientos que los descritos en el estado de la técnica así como a un dispositivo generador asíncrono (1) cuyo rendimiento es mejor que los generadores asíncronos conocidos en el estado de la técnica para la aplicación de dicho procedimiento.

2 O Las turbinas se modelan por la denominada curva "Rendimiento-Caudal", para cada altura neta fija, ver Fig.l. Por debajo del 60% de carga, el rendimiento desciende linealmente hasta llegar al 0% para el 20% de carga (para ilustrar mejor el proceso nos estamos refiriendo a turbinas de reacción de tipo Francis pero es análogo para cualquier turbina tanto de acción como de reacción o de flujo mixto) . Ello hace que

funcionar en regímenes de turbinado por debajo del 60% de carga dé rendimientos muy bajos, con el agravante de que habrá que parar la turbina para regímenes menores

o iguales al 20%. El procedimiento objeto de la invención preconiza una composición y operativa de tres turbinas acopladas al dispositivo generador objeto de la invención. El conjunto de 3 turbinas está formado por una de una unidad, otra de dos unidades y 3 O la tercera de tres unidades. La unidad a la que nos referimos, que es de caudal, puede tomar cualquier valor concreto. Por ejemplo, si la unidad se fija en 1 m3/s, tendremos una turbina de 1 m3/s, otra de 2 m3/s y la otra de 3 m3/s. Pero si la unidad se fija en 120 m3/s, tendremos una turbina de 120 m3/s, otra de 240 m3/s y la otra de 360 m3/s. A esas 3 turbinas individuales las denominamos Turbina 1, Turbina 2, y Turbina 3,

respectivamente. La Turbina 1+2+3, compuesta por la Turbina 1, la Turbina 2, y la Turbina 3 funcionando bajo el procedimiento objeto de la invención, es óptima para conseguir que la potencia de la turbina equivalente sea de 6 unidades, y dicho escalado (1, 2, 3) permite trabajar con índices de carga altos y por lo tanto con rendimientos altos, ver Fig.2.

Los generadores asíncronos también son denominados generadores de inducción, debido a que en lugar de conexión eléctrica tienen sólo conexión magnética entre el inductor estatórico y el inducido rotórico. Los generadores asíncronos se modelan por la denominada curva "Rendimiento-Potencia", ver Fig.3. Por debajo del 25% de carga,

el rendimiento desciende linealmente hasta llegar al 0% para el 0% de carga. Ello hace que funcionar en regímenes de generación por debajo del 25% de carga dé rendimientos muy bajos. El dispositivo objeto de la invención preconiza un generador (que indistintamente para aplicaciones motrices puede funcionar como motor, ya que las máquinas de inducción son reversibles) , el cual internamente está formado por tres

generadores funcionales, uno de una unidad, otro de dos unidades y el tercero de tres unidades, denominados "Gl ", "G2" Y "G3" respectivamente. La unidad a la que nos referimos, que es de potencia, puede tomar cualquier valor concreto. Por ejemplo, si la unidad se fija en 1 kW, tendremos un generador funcional de 1 kW, otro de 2 kW yel otro de 3 kW. Pero si la unidad se fija en 120 kW, tendremos un generador funcional

de 120 kW, otro de 240 kW y el otro de 360 kW. Eso sí, estos generadores son funcionales porque forman uno único. A nivel de funcionamiento el dispositivo funciona como tres generadores individuales (Gl+G2+G3) pero con la ventaja de que se puede hacer que funcionen conjuntamente y comparten elementos comunes. El escalado 1, 2, 3 es óptimo para conseguir que la potencia del generador equivalente sea

de 6 unidades y dicho escalado permite trabajar con índices de carga altos y por lo tanto con rendimientos altos, ver Fig.4.

En la Tabla siguiente se muestra la operativa para conseguir que un conjunto de turbinas 1+2+3, o un generador con disposición 1+2+3, sean equivalentes

3 O respectivamente a una máquina de hasta 6 unidades. Es importante comentar que podemos conseguir una potencia elevada (de turbinado y de generación) con un conjunto de máquinas pequeñas, pero que es el escalado 1, 2, 3, el que hace que se pueda conseguir además en 6 pasos para poder ir pasando por los rendimientos altos de cada máquina pequeña.

P Gl G2 G3 Q T1 T2 T3

o o O, o O, o O, o

- -------------------------------r---------------------1----------------------1----------

1 lO! O 1 i lO! O

----------------- . -------------r---------------------r---------------------1----------

2 O 1 i O 2 i O 1 i O

----------------- . . -----------r---------------------1----------------------1----------

3 O O i 1 3 i O O i 1

- -------------------------------r---------------------1----------------------1----------

, '~ , ,

~ : ~ : u ~: ~ : ~ : u

------ . -------------, -----------r---------------------r----------r-----------I----------

I I I I I

4 1 ¡ O ¡ 1 4 ¡ 1 i O i 1

--------------------- , -----------r---------------------I-----------T-----------I----------

I I I I I

O ¡ 1 : 1 5: O : 1 : 1

En la Tabla anterior, la segunda opción para conseguir 3 unidades (tachada) se desestima porque su rendimiento es menor que la opción anterior (también para 5 conseguir 3 unidades) .

Antecedentes de la invención

En el estado de la técnica son conocidos distintos procedimientos de generación de 10 energía hidroeléctrica, como por ejemplo, en los documentos 2233979_ T3, 2334750_Al, ES-0190261_Al, ES-0374456_Al, así como de generadores asíncronos

o de inducción, en los documentos ES-2110110_T3, ES-2371155_T3, ES8309038_Al, EP2128440_Al.

Estos procedimientos de generación de energía hidroeléctrica presentan una problemática, que se centra fundamentalmente en los siguientes aspectos: -Necesitan de elementos complejos. -Hacen que las turbinas funcionen en la zona de rendimientos bajos. -Cuando el caudal es inferior al mínimo técnico de la turbina, los procedimientos

2 O hacen que haya que desconectar la turbina de la red y pararla para evitar rendimientos muy bajos, elevadas vibraciones, y excesiva cavitación que dañe el rodete.

Estos sistemas de generadores asíncronos o de inducción presentan una problemática, que se centra fundamentalmente en los siguientes aspectos:

r r mt i t I¡ r it t

- Emplean elementos complejos. -Los generadores funcionan en la zona de rendimientos bajos.

El procedimiento y dispositivo que la invención propone resuelve de forma plenamente 5 satisfactoria las problemáticas anteriormente expuestas, en todos y cada uno de los diferentes aspectos comentados.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1, muestra en un mismo gráfico las curvas "rendimiento-caudal" de: -una turbina denominada Turbina 1, de 1 unidad de caudal nominal. -una turbina denominada Turbina 2, de 2 unidades de caudal nominal. -una turbina denominada Turbina 3, de 3 unidades de caudal nominal. -una turbina denominada Turbina 6, de 6 unidades de caudal nominal.

La figura 2, muestra en un mismo gráfico las curvas "rendimiento-caudal" de: -una turbina denominada Turbina 1, de 1 unidad de caudal nominal. -una turbina denominada Turbina 2, de 2 unidades de caudal nominal. -una turbina denominada Turbina 3, de 3 unidades de caudal nominal....