INSTALACIÓN DE COLECTORES DE FLUJO DE ENERGÍA, TAL COMO UN PARQUE EÓLICO, Y PROCEDIMIENTO DE FUNCIONAMIENTO.

Instalación de colectores de flujo de energía, tal como un parque eólico, y procedimiento de funcionamiento La presente invención se refiere a un procedimiento y/o una instalación por medio de la que puede extraerse energía a partir de un fluido que fluye, consistiendo dicha instalación en múltiples instalaciones que ejercen una influencia entre ellas. El fluido que fluye indica flujos tanto de viento como de agua (de mar). Los dispositivos comprenden particularmente turbinas eólicas. Se conoce en general que puede extraerse energía a partir del viento usando turbinas eólicas. Tanto el tamaño de las turbinas eólicas como el número de turbinas eólicas se ha aumentado con rapidez en los últimos años. Varias turbinas en aumento con frecuencia se están instalando unas junto a otras en lo que se denomina instalación o parque eólico. Debido a la falta de espacio en tierra (especialmente en Europa), las turbinas están también con frecuencia instalándose en mar abierto. Ahora se han planeando parques eólicos de mar abierto, que consisten en decenas de turbinas o más. Aunque la intuición de los expertos es divergente a este respecto, la energía eólica se ve como una de las principales fuentes de energía del futuro. Si esto se hace realidad, van a necesitarse muchos parques cada uno con cientos de turbinas de unos pocos megavatios de potencia instalada. Estos tipos de parques son caros y por lo tanto es extremadamente importante que la producción de los parques sea alta, es decir que justifique los costes. Debido a que una turbina eólica extrae energía cinética a partir del viento, la velocidad del viento habrá caído por detrás de la turbina. Si una turbina eólica extrae la máxima cantidad de energía a partir del viento, es normal que la velocidad del viento caiga a menos de un 50 % de la velocidad original una corta distancia por detrás de la turbina (por ejemplo un diámetro). Debido a que la potencia que puede obtenerse a partir del viento es proporcional a la tercera potencia de la velocidad del viento, la caída en la velocidad significa que una segunda turbina que se instalase en esa posición sería capaz de conseguir sólo un octavo de la potencia, en comparación con la turbina de aguas arriba. Este efecto se denomina a menudo el efecto de sombra y también se denomina interferencia; la pérdida que se produce se denomina pérdida por sombra. En la práctica unas caídas tan drásticas en potencia rara vez se producen debido a que las turbinas eólicas se colocan bastante separadas entre ellas. La distancia entre las turbinas es habitualmente de 5 a 10 veces el diámetro de la turbina a lo largo de esa distancia el viento lento se mezcla en la estela con un viento más rápido a su alrededor, como resultado de lo cual la velocidad del viento en la posición de una turbina posterior no ha caído demasiado en comparación con la velocidad original del viento. En resumen, el efecto de sombra disminuye aumentando la distancia entre las turbinas. No obstante, esta medida funciona sólo en una cierta medida. El problema no se restringe únicamente a una interacción adversa entre dos turbinas eólicas instaladas la una tras la otra en la dirección del viento, si bien se produce en una medida más significativa en los parques eólicos. La energía que se extrae mediante las turbinas eólicas que están aguas arriba en un parque, junto con la pérdida de mezclado que se explica anteriormente, conduce de forma inevitable a una caída de la velocidad en la capa límite atmosférica en la que está ubicado el resto del parque. Se ha comentado que se produce un agotamiento de la energía en la capa límite atmosférica. En términos generales, todas las turbinas que se encuentran aguas arriba en la dirección del viento constituyen una desventaja para todas las turbinas que se encuentran aguas abajo en la dirección del viento y todavía más exhaustivamente incluso las turbinas de aguas abajo producirán una desventaja para las turbinas de aguas arriba. La influencia mutua (efecto de sombra) por lo tanto funciona no sólo en la dirección del viento sino, aunque en una medida mucho menor, también aguas arriba en la dirección del viento. En un sentido incluso más amplio puede también decirse que se produce un efecto de sombra entre diferentes parques eólicos. Todo un parque que está ubicado aguas abajo de otro parque puede estar sometido a una reducción sustancial en la producción. Aparte de las caídas en la salida ya mencionadas, el funcionamiento en la estela puede también conducir a más daño por fatiga a las turbinas eólicas. Los efectos de sombra son por lo tanto particularmente adversos. Si el número de turbinas que se encuentran una detrás de la otra se hace grande, se necesitan unas distancias más grandes en aumento entre las turbinas para mantener pérdidas por sombra aceptables. Esto significa que se necesita un área superficial grande y que las longitudes de cable entre las turbinas, y por lo tanto los costes, aumentan. En tierra una distancia más grande entre las turbinas también significa que han de construirse carreteras más largas, los que implica un aumento adicional de los costes. Aunque la colocación de las turbinas eólicas aún más lejos ayuda frente a las pérdidas por sombra, será inevitable una caída apreciable en la producción por las turbinas en el lado de sotavento en parques grandes. La caída puede ser tan grande que un parque se haga como resultado no rentable. En general, a partir de la bibliografía se conocen unas pérdidas de un 30 % o más. En virtualmente todas las partes del mundo ciertas direcciones del viento se producen con más frecuencia que otras. Se ha dicho en consecuencia que hay una dirección dominante del viento, que se define en el presente documento como la dirección promedio anual del viento en la que la proporción principal de la producción anual se cosecha en funcionamiento de carga parcial. Un dispositivo de guiado o de extracción de energía tiene una influencia sobre la dirección del viento. La dirección no perturbada del viento se define como la dirección del viento en la posición de un 2 E03771491 26-09-2011   dispositivo mientras que se considera que ese dispositivo se ha retirado (y por lo tanto no tiene influencia). Por cierto, la dirección del viento varía de forma sustancial a lo largo de una escala de tiempos corta (de segundos a minutos); por lo tanto, el término dirección del viento se entiende no como la dirección instantánea sino como la dirección promedio, por ejemplo a lo largo de 10 minutos. Los efectos de sombra pueden también reducirse diseñando un parque eólico de tal modo que éste se extiende principalmente en perpendicular a la dirección dominante del viento. En la práctica, no obstante, se dicta el montaje de las turbinas eólicas también por otros intereses numerosos, tales como: qué tierra o área superficial del mar se ha asignado al operador de turbinas eólicas, cuáles son las otras funciones del área, qué perjuicios se causan por las turbinas, cómo discurren las líneas de alimentación, etc. Por consiguiente, esta opción sólo ofrecerá una solución hasta un cierto punto. El artículo titulado `The Application of PIV to the wake of a Windturbine in Yaw (La aplicación de PIV a la estela de una turbina eólica en guiñada, presentado en el `4th International Symposium on PIV (4º simposio internacional sobre PIV), Göttingen, Alemania, del 17 al 19 de septiembre de 2001, menciona una situación en la que dos turbinas se encuentran una por detrás de la otra en la dirección del viento. La turbina de aguas abajo tiene una pérdida en la producción debido a que ésta se encuentra en la estela de la turbina de aguas arriba. En el artículo se propone colocar la turbina de aguas arriba en un ángulo de tal modo que la estela se desvía y sólo fluye (parcialmente) más allá de la turbina de aguas abajo. Esta turbina ya no se encuentra por más tiempo (o se encuentra en una menor medida) en la estela y por lo tanto produce más. Los autores exponen que un control activo de los ángulos de inclinación en los que las turbinas eólicas se colocan podría proporcionar una ventaja para la maximización de la producción del parque en su conjunto. Esto se consigue por tanto orientando las estelas de turbina que se encuentran aguas arriba lejos de las turbinas que se encuentran aguas abajo. Los efectos de sombra se reducen hasta cierto punto por medio de esta medida, si bien, debido a que la estela aún permanece en el parque, en el caso de un gran agotamiento de la capa límite del parque tendrán no obstante lugar y las pérdidas por sombra esencialmente existirán todavía. La publicación titulada `Optimal Control of Power Wind Plants (Control óptimo de plantas de potencia eólicas) en la Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, (27), Amsterdam, 1988,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para extraer energía a partir de un fluido que fluye, particularmente a partir de flujos de agua de mar y/o viento, usando una instalación (1) de dispositivos ubicados cerca los unos de los otros, caracterizado porque un dispositivo de guiado (5, 6, 14, 17) de dicha instalación se ajusta con respecto a dicho flujo de fluido de una forma tal que se ejercen como resultado unas fuerzas con una componente perpendicular a la dirección no perturbada del flujo (2, 10), de tal modo que el fluido con una energía cinética más alta o con una energía cinética más baja, en comparación con la situación normal en la que se carece de dicha componente de fuerza, se guía a través de un dispositivo de extracción de energía de la instalación. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la proporción entre la componente de fuerza generada en perpendicular y la paralela a la dirección no perturbada del flujo es de más de 0,1, particularmente de más de 0,2 y más particularmente de más de 0,3. 3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que varios dispositivos de guiado cooperan en la generación de la misma circulación, de tal modo que aumenta la fuerza y/o la escala de la circulación. 4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 1 a 3, en el que un dispositivo de la instalación, que opcionalmente tiene una función de guiado, se hace funcionar con una inducción axial a más grande que 1/3 o menor que cero. 5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que se desplaza dicho dispositivo de guiado. 6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos un dispositivo de guiado es una turbina de árbol horizontal, el árbol del rotor del cual forma un ángulo de más de 5 grados, particularmente de más de 10 grados y más particularmente de más de 15 grados con respecto a la dirección no perturbada del flujo. 7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el dispositivo de guiado tiene sus álabes ajustados de forma cíclica. 8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que comprende varios dispositivos de guiado, en el que el guiado por dichos dispositivos se realiza de tal modo que las estelas a partir de los dispositivos de extracción de energía se agrupan orientándolas las unas hacia las otras de tal modo que se limitan las pérdidas de mezclado. 9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que varias turbinas sobre un soporte común en conjunto tienen una función de guiado. 10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el guiado se realiza de tal modo que el fluido lento se guía hacia la izquierda en el hemisferio norte y hacia la derecha en el hemisferio sur. 11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el guiado de fluido esencialmente tiene lugar en el lado de aguas arriba de la instalación. 12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que comprende varios dispositivos de guiado que se disponen esencialmente en la dirección del flujo uno detrás del otro, en el que la proporción entre la fuerza perpendicular y la paralela a la dirección no perturbada del flujo que se ejerce por los dispositivos de guiado en la dirección del flujo disminuye en parte de la instalación. 13. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en combinación con la reivindicación 6, en el que, al desplazarse a través de la instalación desde la dirección de aguas arriba hasta la de aguas abajo, disminuye la inclinación de las turbinas de árbol horizontales en parte de la instalación. 14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos un dispositivo se ajusta en un ángulo con respecto a la dirección no perturbada del flujo, sin que disminuya la pérdida por sombra de los dispositivos en el lado de aguas abajo a una distancia menor de 10 veces el tamaño característico del dispositivo inclinado en cuestión. 15. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que comprende diversas instalaciones, en el que al menos una instalación de aguas arriba o un dispositivo de la misma tiene una función de guiado para al menos una instalación de aguas abajo. 16. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que se aplican por calentamiento o por enfriamiento unas diferencias en la densidad en el fluido, por ejemplo causadas por evaporación de agua, para generar dicha fuerza. 13 E03771491 26-09-2011   17. Instalación (1) que comprende un dispositivo para extraer energía a partir de un flujo de fluido, caracterizada porque la instalación comprende un dispositivo de guiado (5, 6, 14, 17) por medio del que se generan unas fuerzas que tienen una componente perpendicular a la dirección no perturbada del flujo (2, 10), de tal modo que el fluido con energía cinética que se diferencia de la energía cinética que es efectiva en la situación normal en la que se carece de dicha componente de fuerza se alimenta a través de dicho dispositivo para extraer energía a partir de un fluido. 18. Instalación de acuerdo con la reivindicación 17, en la que dicho dispositivo de guiado tiene como promedio una inclinación de más de 5°, particularmente de más de 10° y más particularmente de más de 15° con respecto al dispositivo para extraer energía a partir de un flujo de fluido. 19. Instalación de acuerdo con la reivindicación 17 o 18 que comprende al menos veinte dispositivos para extraer energía, en la que la instalación esencialmente se extiende en la dirección dominante del flujo a lo largo de una longitud que es mayor de la anchura del parque y particularmente a lo largo de una longitud que es más de 3/2 veces la anchura del parque y más particularmente a lo largo de una longitud que es más de dos veces la anchura del parque. 20. Instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones 17 a 19 que tiene al menos veinte dispositivos para extraer energía, en la que la separación entre las turbinas en la dirección dominante del flujo es menos de 5 veces, particularmente menos de 4 veces y más particularmente menos de 3 veces el tamaño característico de las turbinas en cuestión. 21. Instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones 17 a 20 que tiene al menos veinte dispositivos para extraer energía, en la que el área superficial total ocupada por las turbinas ocupa más de un 5 %, particularmente más de un 10 % y más particularmente más de un 20 % del área superficial del parque. 22. Instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones 17 a 21, en la que varios dispositivos para extraer energía se ubican juntos en grupos con una separación entre los centros de las áreas ocupadas de menos de una vez y media el tamaño característico de una turbina y en la que los grupos actúan como dispositivos de guiado. 23. Instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones 17 a 22, en la que se instalan dispositivos de guiado pasivos o activos en el exterior del parque y esencialmente en el lado de la dirección del viento con respecto a la dirección dominante del viento. 24. Instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones 17 a 23 que comprende una construcción de soporte para dicho dispositivo, en la que al menos una parte de la construcción de soporte de al menos uno de los dispositivos de guiado o de extracción de energía se dota de unos perfiles por medio de los que una fuerza perpendicular a la dirección de fluido no perturbado puede ejercerse con el fin de mejorar el guiado. 25. Instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones 17 a 24, en la que al menos un dispositivo de guiado comprende una turbina eólica que tiene una torre que se construye de tal modo que la misma es adecuada para ejercer una fuerza lateral en la dirección de fluido no perturbado, de tal modo que se mejora el guiado mediante la combinación de la turbina y de la torre. 26. Instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones 17 a 25, que comprende un dispositivo con un árbol horizontal que tiene una función de guiado y en la que dicho dispositivo tiene un ángulo de inclinación fijo más grande que 10 grados, particularmente más grande que 15 grados y más particularmente más grande que 20 grados o un ángulo de inclinación ajustable de forma variable. 27. Instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones 17 a 26, en la que dicho dispositivo es una turbina de árbol vertical que tiene la opción de ajustar sus álabes de forma cíclica, de tal modo que esta turbina es capaz de ejercer una fuerza lateral sobre el flujo y por lo tanto puede tener una función de guiado. 28. Instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones 17 a 27, en la que al menos un dispositivo de guiado está configurado de tal modo que es móvil. 29. Instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones 17 a 28, que comprende un parque eólico en mar abierto de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores. 30. Instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones 17 a 29, en la que dicha instalación se controla por medio de software que tiene una capacidad de autoaprendizaje y en la que se lleva a cabo una optimización teniendo en consideración el rendimiento global del parque, con respecto al que los rendimientos de los dispositivos individuales son auxiliares. 31. Instalación de acuerdo con las reivindicaciones anteriores 17 a 30, en la que la instalación se controla por medio de software que también usa una información acerca de la estabilidad de la atmósfera con el fin de ajustar unos 14 E03771491 26-09-2011   parámetros tales como la escala de circulación, la posición de cualesquiera dispositivos móviles y la configuración de las turbinas con ángulos de inclinación variable, si los hubiere. E03771491 26-09-2011   16 E03771491 26-09-2011   17 E03771491 26-09-2011   18 E03771491 26-09-2011   19 E03771491 26-09-2011   E03771491 26-09-2011   21 E03771491 26-09-2011   22 E03771491 26-09-2011   23 E03771491 26-09-2011   24 E03771491 26-09-2011   E03771491 26-09-2011   26 E03771491 26-09-2011   27 E03771491 26-09-2011   28 E03771491 26-09-2011   29 E03771491 26-09-2011   E03771491 26-09-2011