La invención describe un método para monitorizar el estado de la estructura de soporte de un aerogenerador (1) que comprende los siguientes pasos:

obtener periódicamente la frecuencia de oscilación de la torre (2) del aerogenerador (1) y la carga que ejerce el viento sobre el aerogenerador (1) en ese momento; analizar la evolución de la frecuencia de oscilación de la torre (2) en un rango de cargas determinado; y deducir información acerca del estado de la estructura de soporte del aerogenerador (1) en función de dicha evolución.

Método para monitorizar el estado de la estructura de soporte de un aerogenerador.

Objeto de la invención

El objeto de la presente invención es un método para monitorizar el estado de la estructura de soporte de un aerogenerador.

Antecedentes de la invención

Un aerogenerador comprende una estructura de soporte sobre la cual se asienta una góndola conectada a un rotor, comprendiendo a su vez la estructura de soporte una torre y una cimentación. En la actualidad es conocida la importancia de que la frecuencia de oscilación de la torre se mantenga dentro de unos límites determinados, ya que en caso contrario pueden producirse problemas de estabilidad. En efecto, existen dos frecuencias importantes en un aerogenerador, que normalmente se denominan f_p y f_3p. La primera corresponde a la frecuencia de giro del rotor, mientras que la segunda corresponde a la frecuencia de paso de pala (que normalmente es el triple de la frecuencia de giro del rotor, ya que los aerogeneradores tienen habitualmente tres palas). Si la frecuencia de oscilación de la torre se acerca a alguna de estas dos frecuencias, podría producirse un fenómeno de resonancia, ampliándose las oscilaciones cada vez más hasta inutilizar o destruir el aerogenerador. Es habitual diseñar la torre de un aerogenerador con una frecuencia de oscilación entre las dos bandas de frecuencias f_p y f_3p.

También es conocido que la frecuencia natural de oscilación de la torre depende del estado de la estructura de soporte, así como del terreno sobre la que ésta se asienta, y que por lo tanto es posible que se produzcan cambios en la misma desde la instalación del aerogenerador. Por ese motivo, existen documentos que describen sistemas para monitorizar la frecuencia de oscilación de la torre, llevándose a cabo determinadas acciones cuando dicha frecuencia desciende por debajo de unos valores umbrales fijos.

La patente US 7124631 describe un método de monitorización de un aerogenerador consistente en medir las cargas en la torre y comparar dichas cargas con unos valores umbral predeterminados.

La patente ES2305211 describe un método consistente en monitorizar las oscilaciones de la torre con acelerómetros, extraer las componentes de frecuencia de la oscilación de la torre y comparar dichas componentes con valores predeterminados.

Por último, la solicitud WO2009/058993 describe un sistema de monitorización del suelo sobre el que se asienta la torre mediante la medida de la frecuencia natural de la torre.

Descripción

Los sistemas de monitorización descritos en la técnica anterior únicamente tienen en cuenta el cambio en la frecuencia de oscilación de la torre debida al deterioro de la estructura de soporte, y por ese motivo únicamente plantean la comparación de dicha frecuencia natural de la torre con unos umbrales predeterminados y constantes. Se trata de umbrales "absolutos" que solamente indican un acercamiento peligroso de la frecuencia de oscilación de la torre a las frecuencias f_p y f_3p.

Los solicitantes de la presente invención han descubierto que la frecuencia de oscilación de la torre depende también de la carga a la que está sometida en cada momento. Dicho de un modo simple, cuando las cargas motivadas por el empuje del viento son pequeñas la estructura trabaja generalmente a compresión por el efecto del peso tanto del aerogenerador cómo de la propia estructura. Sin embargo, a cargas más altas al menos algunas partes empiezan a trabajar a tracción, lo que modifica sus características mecánicas y en último término la frecuencia de oscilación de la torre. Dicho cambio en el comportamiento al trabajar a tracción puede ser motivado por ejemplo por la apertura de juntas deterioradas, o en el caso de una estructura que comprende hormigón, por la apertura de fisuras. Teniendo esto en cuenta, es posible analizar los cambios en la frecuencia natural de la torre para obtener datos acerca del estado de la estructura de soporte o del suelo sobre el que se sustenta. También se pueden detectar tendencias que permitan predecir con antelación cambios en la estructura de soporte o en el terreno que requieran acciones correctivas.

En aerogeneradores de torre de hormigón, a partir de determinado nivel de carga la torre pasa a de trabajar a compresión a trabajar a tracción. Denominaremos "umbral de descompresión" al umbral de carga a partir del cual alguna parte de la torre empieza a trabajar a tracción, iniciándose la fisuración del hormigón y modificándose la frecuencia de oscilación para niveles de carga superiores al umbral de descompresión. Además, algunas de estas torres tienen cables de tensión que someten a la estructura a una tensión suficiente para que el hormigón trabaje siempre a compresión.

A través del análisis de la frecuencia natural de oscilación de la torre en función de la carga a la que está sometida, la presente invención permite detectar la aparición de fisuras en la torre de hormigón, e incluso si se ha producido la rotura de algún cable en el caso de torres dotadas de cables de tensión.

Independientemente del que la torre sea de hormigón o de acero, la degradación de las juntas entre los módulos que la componen también modificará la frecuencia natural de oscilación para niveles de carga sobre la torre que hagan trabajar dichas juntas a tracción. La presente invención permitirá detectar también los fallos en las citadas juntas.

El presente método también permite detectar fallos en la cimentación de una torre. Por ejemplo en una cimentación pilotada, en la que se introducen pilotes en el terreno para fijar la estructura con una rigidez suficiente, puede producirse una degradación o rotura de los pilotes, lo que se manifestará en una modificación de la frecuencia de oscilación distinta en función del nivel de carga a que esté sometida la estructura.

Otra fuente de no linealidad es el suelo sobre el que se asienta la estructura. Además las características del suelo pueden evolucionar por diversas razones, entre las más habituales por la variación en la cantidad de agua que acumula. Por ello monitorizar la frecuencia de oscilación para cada nivel de carga y su evolución permite también detectar modificaciones en el estado del suelo.

Por otro lado, la aplicación de aerogeneradores en el mar hace necesaria la utilización de estructuras de soporte más complicadas y por tanto más susceptibles de fallos que pueden ser detectados con el presente sistema.

En consecuencia, la presente invención describe un método para monitorizar el estado de la estructura de soporte de un aerogenerador, preferentemente un aerogenerador que está al menos parcialmente fabricada de hormigón, que comprende los siguientes pasos: obtener periódicamente la frecuencia de oscilación de la torre del aerogenerador y la carga que ejerce el viento sobre el aerogenerador en ese momento; analizar la evolución de la frecuencia de oscilación de la torre para un rango de cargas determinado; y deducir información acerca del estado de la estructura de soporte del aerogenerador en función de dicha evolución. A continuación se describe con mayor detalle cada uno de estos pasos:

1) Obtener periódicamente la frecuencia de oscilación de la torre del aerogenerador y la carga que ejerce el viento sobre el aerogenerador en ese momento.

Como se ha descrito previamente en el presente documento, para poder evaluar el estado de la estructura de soporte es necesario tener en cuenta el par de valores (frecuencia de oscilación, carga). La frecuencia de oscilación se mide habitualmente empleando un acelerómetro fijado a la torre o a la góndola del aerogenerador. Preferentemente, la medida de la frecuencia de oscilación se lleva a cabo en a una dirección sustancialmente perpendicular al plano de giro del rotor del aerogenerador.

Por otro lado, la carga producida por el viento sobre el aerogenerador se toma preferentemente como el momento en la base de la torre. Sin embargo, de acuerdo con otra realización particular es posible simplificar los cálculos y tomar la carga sobre el aerogenerador directamente como la velocidad del viento. En este caso, la velocidad del viento se obtiene por medio de un anemómetro dispuesto en la góndola de la torre.

En otra realización preferida de la invención, se almacena periódicamente la frecuencia de oscilación de la torre y la carga a la que se produce.

1. Método para monitorizar el estado de la estructura de soporte de un aerogenerador (1), caracterizado porque comprende los siguientes pasos:

obtener periódicamente la frecuencia de oscilación de la torre (2) del aerogenerador (1) y la carga que ejerce el viento sobre el aerogenerador (1) en ese momento;

analizar la evolución de la frecuencia de oscilación de la torre (2) en un rango de cargas determinado; y

deducir información acerca del estado de la estructura de soporte del aerogenerador (1) en función de dicha evolución.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la frecuencia de oscilación de la torre (2) corresponde a una dirección sustancialmente perpendicular al plano de giro del rotor (4) del aerogenerador (1).

3. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde se toma el momento en la base de la torre (2) como la carga sobre el aerogenerador (1).

4. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, donde se toma la velocidad del viento medida por un anemómetro ubicado en la góndola (3) del aerogenerador (1) como la carga sobre el aerogenerador (1).

5. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la operación de análisis comprende estimar una tendencia temporal de la frecuencia de oscilación de la torre (2) para el rango de cargas determinado.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 5, donde la tendencia temporal de la frecuencia de oscilación de la torre (2) se estima a partir del tiempo transcurrido hasta que la frecuencia de oscilación de la torre (2) desciende por debajo de una primera frecuencia umbral dependiente de la carga.

7. Método de acuerdo con la reivindicación 6, donde el descenso de la frecuencia de oscilación de la torre (2) por debajo de la primera frecuencia umbral es indicativo de un deterioro de la estructura de soporte.

8. Método de acuerdo con la reivindicación 5, donde la tendencia temporal de la frecuencia de oscilación de la torre (2) se estima a partir de dos valores de la frecuencia de oscilación correspondientes al mismo rango de cargas obtenidos en momentos diferentes.

9. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende almacenar periódicamente la frecuencia de oscilación de la torre y la carga a la que se produce.

10. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende los pasos de:

obtener la dirección del viento;

analizar la evolución de la frecuencia de oscilación de la torre (2) para un rango de cargas sobre el aerogenerador (1) y un rango de direcciones de viento determinados; y

deducir información acerca del estado del sector de la estructura de soporte situada a barlovento.

11. Método de acuerdo con la reivindicación 10, que además comprende determinar si la frecuencia de oscilación desciende por debajo de una segunda frecuencia umbral dependiente de la carga sobre la estructura y de la dirección del viento.

12. Método de acuerdo con la reivindicación 11, donde un descenso de la frecuencia de oscilación de la torre (2) por debajo la segunda frecuencia umbral es indicativo de un deterioro de un sector de la estructura de soporte situado a barlovento.

13. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10-12, donde la dirección del viento se obtiene a partir de la orientación de la góndola (3) del aerogenerador (1).

14. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10-13, que además comprende almacenar periódicamente la dirección del viento.

15. Programa de ordenador que comprende instrucciones del programa para hacer que un ordenador lleve a la práctica el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.

16. Programa de ordenador según la reivindicación 15, incorporado en medios de almacenamiento.

17. Programa de ordenador según la reivindicación 16, soportado en una señal portadora.