Instalación de energía eólica (1) que incluye un rotor (4) que comprende por lo menos un pala de rotor (5) endonde la instalación de energía eólica (1) comprende por lo menos un sistema de medición de velocidad de viento(7,

12,13,14),

caracterizado porque la instalación de energía eólica (1) comprende adicionalmente una fuente emisora de luz (12)que emite luz que se carga a través de una fibra óptica (7), un sensor que recibe luz (13) que detecta la luz reflejadade un sensor de la fibra óptica (7); y

por lo menos un sistema de medición de velocidad de viento (7,12,13,14) que mide ópticamente las vibraciones de lafibra óptica (7) debido a la formación de vórtices por medio de una unidad de análisis y control (14), que analiza laluz reflejada y calcula un cambio de la frecuencia como una diferencia de la frecuencia de la luz emitida y lafrecuencia de la luz reflejada como resultado de las vibraciones de la fibra óptica (7) y por lo tanto calcula lavelocidad del viento del viento (8) que pasa por la fibra óptica.

Instalación de energía eólica que comprende un sistema de medición de velocidad del viento

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención se relaciona con una instalación de energía eólica que comprende un sistema de medición de 5 velocidad del viento como se reivindica en la reivindicación 1.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La invención se relaciona con una instalación de energía eólica o aeroturbina que comprende una turbina eólica que comprende un rotor y por lo menos una o una pluralidad de palas de rotor. Dichas instalaciones de energía eólica se instalan normalmente en regiones con alto potencial de energía eólica para aumentar la cantidad de energía 10 eléctrica generada utilizando dicha instalación de energía eólica. Usualmente por lo menos una de las pala de rotor o la pluralidad de palas de rotor son muy grandes y se pueden ajustar por ejemplo en ángulo con respecto a la dirección del viento y velocidad del viento. Por lo tanto el ángulo de las palas de rotor se puede ajustar con respecto a una dirección predeterminada. En caso de una velocidad del viento muy alta las palas de rotor se pueden ajustar para reducir la energía producida por la instalación o que casi no se genera energía eléctrica en lo absoluto. Por lo tanto el riesgo de daños debido a la alta velocidad del viento se puede reducir en gran medida mediante la configuración de las palas de rotor.

Por lo tanto es necesario un sistema de medición de velocidad del viento para medir su velocidad y controlar la instalación de energía eólica y el paso de las palas de rotor respectivamente.

La patente EP 0 970 308 B1 describe un sistema de medición de velocidad del viento que utiliza un sistema de anemometría láser que utiliza un rayo láser que se dirige a las partículas en el aire que reflejan partes de la luz del rayo láser y se utiliza un dispositivo sensor para medir la luz reflejada por el rayo láser. En razón a que la velocidad de las partículas es casi igual a la velocidad del aire es posible analizar la velocidad de las partículas con el fin de medir la velocidad del aire o del viento. La técnica del sistema utiliza un método de medición integral que mide la luz reflejada desde una gran cantidad de partículas y por lo tanto los datos de la luz analizados por el sistema es un promedio de los datos de la pluralidad de partículas. De acuerdo con lo anterior no se puede lograr la medición fácil de la velocidad de una única partícula para determinar la velocidad del aire en una ubicación predeterminada o punto en la instalación de energía eólica o en la vecindad de las palas de rotor.

Adicionalmente el equipo de medición y el método son bastante complicados y no se adaptan para medir la velocidad del viento durante el tiempo de operación completo del sistema.

Adicionalmente la patente DE 10 2006 041 461 A1 describe un sistema de medición de velocidad del viento que utiliza una fibra óptica para medir la velocidad del viento. La fibra óptica se calentará y debido la velocidad del viento se refrigerará la fibra. Por lo tanto la temperatura de la fibra es una medición directa de la velocidad del viento at la fibra óptica. Para detectar la temperatura de la fibra óptica se utiliza una rejilla de fibra Bragg (FBG) . La tecnología de la rejilla de fibra Bragg utiliza la luz reflejada dentro de la fibra que se refleja en la rejilla Bragg misma y el efecto de la longitud de onda de la luz reflejada depende de la temperatura del punto de la fibra en donde se ubica la rejilla de fibra Bragg. La dependencia de la temperatura proviene de la dependencia de las propiedades ópticas de la temperatura. Por lo tanto la rejilla de fibra Bragg (FBG) permite indirectamente la medición de la velocidad del viento en un punto predeterminado de la fibra debido a la medición indirecta de la temperatura de la fibra.

La tecnología mencionada anteriormente tiene la notable desventaja de que la fibra óptica se tiene que calentar todo el tiempo a una temperatura muy constante con el fin de medir la velocidad del viento con un grado de precisión esperado. El calentamiento de la fibra consume energía eléctrica y por lo tanto es este consumo de energía fuertemente ineficiente y no aceptable para un uso estándar durante periodos de tiempo extendidos. En un caso de un uso solo ocasional que incluye periodos de tiempo sin medición de velocidad del viento la instalación de energía eólica revela una gran desventaja con respecto a la seguridad de las instalaciones propiamente dichas.

45 W. Jin et al. "Un sensor de rejilla de fibra óptica para el estudio de las vibraciones inducidas por flujo", sensores y accionadores 79 (2000) , páginas 36 a 45 describe el uso de rejillas de fibra Bragg pegadas sobre una estructura para medir la variación de la deformación axial local de la estructura. El sensor se puede utilizar para medir las vibraciones inducidas por el flujo de un cilindro circular en un flujo transversal. La rejilla de fibra Bragg se inscribe en una fibra óptica que se une a la estructura a la que se va a medir la deformación.

50 La patente GB 2 111 680 A describe un flujómetro de vórtice con un cuerpo romo que puede ser una fibra óptica. El cuerpo romo (fibra óptica) se ubica en un cuerpo hueco que define un pasaje de flujo. Se ubica un espejo en la parte delantera de la salida de la fibra óptica para reflejar la luz transmitida a través de la fibra óptica de nuevo en la

misma. Debido a la deflexión oscilatoria de la fibra la intensidad de luz reflejada de nuevo dentro de la misma varía como la fracción de luz reflejada que ingresa a la fibra óptica que depende del desplazamiento del extremo de fibra óptica con respecto al espejo. Se pueden utilizar otras técnicas de modulación de flexión de fibra, tales como pérdidas de microdoblado o defecto de patrón moteado, en lugar del sistema de espejo.

La patente GB 2 238 380 A describe un flujómetro de desprendimiento de vórtice en el que se lanza un rayo de luz a una fibra tensionada. La fibra vibra debido a que el flujo provoca vibraciones en el ángulo entre el rayo de luz y la superficie de la fibra, que a su vez provoca que se exceda el ángulo de orientación en ciertos puntos a lo largo de la fibra. Estas pérdidas ópticas modulan la intensidad del rayo de luz, y la frecuencia de la modulación se puede detectar fácilmente con equipo electrónico estándar.

La patente EP 1 936 332 A1 describe un ensamble de flujómetro de vértice que comprende un sensor de rejilla de fibra y método para medir un índice de flujo de fluido. El ensamble comprende un canal de fluido y un flujómetro con por lo menos un desprendimiento de vértice que se extiende en el canal de fluido. Cada vertedor está provisto con una rejilla de fibra Bragg en donde se puede detectar una frecuencia de vórtice Karman de los vórtices generados por el vertedor de vórtices utilizando una señal de sensor de rejilla de fibra Bragg que se relaciona con la rejilla de fibra Bragg de dicho vertedor de vórtice. La fibra óptica que incluye la rejilla de fibra Bragg se ubica en una sección flexible del vertedor de vórtice.

OBJETO Y RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Es un objeto de la invención crear una instalación de energía eólica con un sistema de medición de velocidad del viento que no muestra las desventajas de las técnicas conocidas y que se pueda utilizar sobre una base regular sin consumo excesivo de energía.

El objeto de la invención será resuelto por una instalación de energía eólica que incluye un rotor que comprende por lo menos una pala de rotor en donde la instalación de energía eólica comprende por lo menos un sistema de medición de velocidad de viento que mide ópticamente las vibraciones de una fibra óptica debido a la formación de vórtices de acuerdo con las características de la reivindicación 1.

La formación de vórtices es un flujo de aire inconstante que tiene lugar detrás de un cuerpo cilíndrico, cuando se alcanza un flujo de velocidad mínimo. Cuando el aire fluye y pasa el cuerpo cilíndrico crea vórtices de baja presión alternos sobre el lado en la dirección del viento del cuerpo cilíndrico y luego tiende a moverse hacia las zonas de baja presión. La velocidad de flujo mínimo que conduce a la formación de vórtices depende del tamaño y la forma del cuerpo cilíndrico de fibra óptica. Por lo tanto, la forma y el tamaño de la fibra óptica en el sistema de medición de velocidad de viento se seleccionan de tal manera que la formación de vórtices ocurre detrás de la fibra en... [Seguir leyendo]

1. Instalación de energía eólica (1) que incluye un rotor (4) que comprende por lo menos un pala de rotor (5) en donde la instalación de energía eólica (1) comprende por lo menos un sistema de medición de velocidad de viento (7, 12, 13, 14) , caracterizado porque la instalación de energía eólica (1) comprende adicionalmente una fuente emisora de luz (12) que emite luz que se carga a través de una fibra óptica (7) , un sensor que recibe luz (13) que detecta la luz reflejada de un sensor de la fibra óptica (7) ; y por lo menos un sistema de medición de velocidad de viento (7, 12, 13, 14) que mide ópticamente las vibraciones de la fibra óptica (7) debido a la formación de vórtices por medio de una unidad de análisis y control (14) , que analiza la luz reflejada y calcula un cambio de la frecuencia como una diferencia de la frecuencia de la luz emitida y la frecuencia de la luz reflejada como resultado de las vibraciones de la fibra óptica (7) y por lo tanto calcula la velocidad del viento del viento (8) que pasa por la fibra óptica.

2. Instalación de energía eólica (1) de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende por lo menos una fibra óptica (7) que esté dispuesta en el rotor (4) y/o en por lo menos una de las palas de rotor (5) y/o en la góndola (2) y/o en la torre (3) de la instalación (1) .

3. Instalación de energía eólica (1) de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el sensor comprende por lo menos un sensor de rejilla Bragg (17) .

4. Instalación de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 3, en donde por lo menos un sensor de rejilla Bragg

(17) se ubica dentro de la fibra óptica.

5. Instalación de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 4, en donde los sensores de rejilla Bragg (17) se ubican en diferentes posiciones dentro de la fibra óptica (7) .

6. Instalación de energía eólica (1) de acuerdo con las reivindicaciones 3 a 5, en donde los sensores de rejilla Bragg

(17) tienen diferentes frecuencias de reflexión promedio.

7. Instalación de energía eólica (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 6, en donde la unidad de análisis y control (14) se adapta para calcular la velocidad del viento al analizar la luz reflejada de los diferentes sensores de rejilla Bragg (17) y calcula la variación de la velocidad del viento a lo largo de la fibra óptica.