Procedimiento para operar una instalación de energía eólica.

Procedimiento para operar una instalación de energía eólica (W),

en el que la instalación de energía eólica (W) presenta una torre (T) y un rotor con al menos dos palas del rotor (RB1, RB2, RB3) unidas a la torre, en la que cada pala del rotor (RB1, RB2, RB3) se puede ajustar o se ajusta con un ángulo de desplazamiento de la pala del rotor (GPW) predeterminado alrededor de un eje de la pala del rotor (RA1, RA2, RA3), respectivamente, y las palas del rotor (RB1, RB2, RB3) se accionan por medio de movimientos externos del viento de modo rotativo alrededor de un eje del rotor previsto transversalmente respecto a los ejes de las palas del rotor (RA1, RA2 RA3), caracterizado porque el ángulo de desplazamiento de la pala del rotor (GPW) para cada pala del rotor (RB1, RB2, RB3), dependiendo de las oscilaciones laterales de la torre, se modifica independientemente y/o individualmente de tal manera que se amortiguan las amplitudes de las oscilaciones laterales de la torre (T) inducidas en particular por medio de los movimientos exteriores del viento.

Procedimiento para operar una instalación de energía eólica La invención se refiere a un procedimiento para operar una instalación de energía eólica, en el que la instalación de energía eólica presenta una torre y un rotor con al menos dos palas del rotor unidas a la torre, en la que cada pala del rotor se puede ajustar o se ajusta con un ángulo de desplazamiento de la pala del rotor predeterminado alrededor de un eje de la pala del rotor, respectivamente, y las palas del rotor se accionan por medio de movimientos externos del viento de modo rotativo alrededor de un eje del rotor previsto transversalmente respecto a los ejes de las palas del rotor. Además, la invención se refiere a una instalación de energía eólica.

Las instalaciones de energía eólica de la solicitante de la patente se conocen con las designaciones 5M, MM92, MM82, MM70, así como MD77. Las instalaciones de energía eólica erigidas o instaladas de modo fijo disponen por lo general de un rotor con tres palas de rotor colocadas en él de modo uniforme en un cubo del rotor. Por medio de un sistema de guiado de la operación se regula, dentro de un intervalo de velocidad del viento prefijado, el número de revoluciones por unida de tiempo del rotor bajo desplazamiento del ángulo de la pala del rotor para el ajuste de una potencia nominal o bien de una potencia prefijada.

Para la regulación del número de revoluciones por unidad de tiempo de un rotor de una instalación de energía eólica con un número variables de revoluciones por unidad de tiempo se conocen diferentes enfoques. En este caso se suele diferenciar habitualmente entre dos estados de operación, en concreto la regulación del número de revoluciones por unidad de tiempo en operación a carga parcial y en operación a carga total. Habitualmente, en la operación a carga parcial tiene lugar una denominada "regulación de momentos", y en la operación a carga total tiene lugar una denominada "regulación de inclinación".

Por regulación de momentos se entiende una regulación del número de revoluciones por unidad de tiempo, en la que para la consecución de una elevada ganancia de potencia de la instalación de energía eólica se ajusta el número de revoluciones por unidad de tiempo de la instalación en operación a carga parcial a la relación óptima entre la velocidad del contorno del rotor y la velocidad del viento. La ganancia de potencia se describe bien a través del concepto de coeficiente de potencia cP, que es un cociente a partir del consumo de potencia de la instalación y la potencia contenida en el movimiento del aire.

La relación entre la velocidad del contorno y la velocidad del viento sin obstáculos se denomina relación velocidad periférica / velocidad del viento. Las palas del rotor, en este caso, están ajustadas al ángulo de las palas que genera el mayor momento de accionamiento en el árbol del rotor. El número de revoluciones por unidad de tiempo se ve influenciado a través del momento antagonista en el generador. Esto significa que la magnitud de ajuste para la regulación del número de revoluciones por unidad de tiempo respecto a la denominada regulación de momento es el momento de giro, y en particular, el momento de giro en el generador, que es mayor cuando más potencia extraiga el generador del sistema o bien de la instalación de energía eólica y la alimente en la red.

La regulación del número de revoluciones por unidad de tiempo designada como regulación por inclinación, que aplica en la operación a carga total de la instalación de energía eólica, se realiza a través del desplazamiento del ángulo de las palas de la pala del rotor. En caso de que con la velocidad del viento nominal se consiga el momento nominal en el generador (carga nominal) , entonces ya no se puede mantener en el punto de trabajo el número de revoluciones por unidad de tiempo por medio de un mayor incremento del momento del generador. Debido a ello se empeora el rendimiento aerodinámico de las palas, sacándolas de su ángulo de ajuste óptimo. Este proceso se denomina "inclinar", procedente del término inglés to pitch = inclinar. El número de revoluciones por unidad de tiempo se ve influenciado, con ello, a partir de la consecución del momento del generador nominal sobre el ángulo de ajuste de las palas.

En un gran número de patentes y de artículos técnicos se describen regulaciones de instalaciones de energía eólica con un número variable de revoluciones por unidad de tiempo por medio de desplazamiento de las palas (regulación por inclinación) , así como la influencia del momento del generador (regulación de momentos o de potencia) . En todos los procedimientos conocidos se regula finalmente el número de revoluciones por unidad de tiempo de la instalación de energía eólica. En el intervalo de operación a carga parcial se intenta actualizar el número de revoluciones por unidad de tiempo a la velocidad del viento, para de este modo mantener el rotor con un ángulo de palas constante en el punto de funcionamiento energético óptimo. En la operación a carga parcial se intenta mantener constantes el número de revoluciones por unidad de tiempo y el momento de giro. En este caso se regula el número de revoluciones por unidad de tiempo por medio de la variación del ángulo de las palas. Además se conoce el hecho de que por medio de rachas o vientos turbulentos y de dirección cambiante, cizallamientos del viento, así como asimetrías de componentes, se puede excitar a una instalación de energía eólica para que se produzcan oscilaciones de la torre. En este caso, la torre de la instalación de energía eólica oscila con la primera frecuencia propia de la red, así como con la primera y la tercera frecuencia de giro del rotor.

En el documento WO 2007/053031 A1 se da a conocer un procedimiento para la amortiguación de las oscilaciones de la torre de una instalación de energía eólica, en el que las oscilaciones propias de la torre de la instalación de energía eólica son amortiguadas. En la amortiguación de las oscilaciones propias de la torre se ha de evitar en este caso la excitación de frecuencias propias.

Además, el documento EP-A-1 719 910 da a conocer un procedimiento para la amortiguación de oscilaciones de una instalación de energía eólica, determinándose un ángulo de ajuste del rotor, en el que el ángulo de ajuste del rotor se complementa con un ángulo de ajuste de la pala para la generación de un empuje sobre las palas del rotor para la amortiguación de la oscilación.

Además, en el artículo de Y.UEDA, "Development of Next Generation 2MW Class Large Wind Turbines" (Mitsubishi Heavy Industries Ltd., Technical Review, Vol. 41 (Nº 5 (Octubre 2004) ) se describe de modo general la amortiguación de oscilaciones de torres de instalaciones de energía eólica.

Partiendo de este estado de la técnica, el objetivo de la presente invención reside en el hecho de hacer posible una operación segura de una instalación de energía eólica incluso en el caso de vientos turbulentos en la región de la instalación de energía eólica, habiéndose de mantener en valores lo más reducidos posibles el coste para ello.

El objetivo se consigue en el procedimiento para operar una instalación de energía eólica, en la que la instalación de energía eólica presenta una torre y un rotor con al menos dos palas del rotor unidas con la torre, en la que cada pala del rotor se puede ajustar o está ajustada de modo correspondiente alrededor de un eje de pala del rotor con un ángulo de desplazamiento predeterminado de la pala del rotor, y en la que las palas del rotor se accionan de modo rotativo por medio de movimientos exteriores del viento alrededor de un eje del rotor previsto transversalmente respecto a los ejes de la pala del rotor, gracias al hecho de que el ángulo de desplazamiento de la pala del rotor se modifique para cada pala del rotor dependiendo de las oscilaciones laterales de la torre independientemente y/o de modo individual, y al hecho de que las amplitudes de las oscilaciones laterales de la torre inducidas en particular por medio de los movimientos exteriores del viento se amortigüen.

La invención se basa en la idea de usar una de las magnitudes de entrada dependiente de la oscilación excitada por medio de los movimientos del viento en el intervalo de la frecuencia propia de la torre o bien una magnitud de entrada que se corresponda con la oscilación en el intervalo de la frecuencia propia de la torre, que varíe durante el tiempo de funcionamiento, para una regulación del ángulo de desplazamiento de la pala del rotor, llevando la magnitud de entrada... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para operar una instalación de energía eólica (W) , en el que la instalación de energía eólica (W) presenta una torre (T) y un rotor con al menos dos palas del rotor (RB1, RB2, RB3) unidas a la torre, en la que cada pala del rotor (RB1, RB2, RB3) se puede ajustar o se ajusta con un ángulo de desplazamiento de la pala del rotor (GPW) predeterminado alrededor de un eje de la pala del rotor (RA1, RA2, RA3) , respectivamente, y las palas del rotor (RB1, RB2, RB3) se accionan por medio de movimientos externos del viento de modo rotativo alrededor de un eje del rotor previsto transversalmente respecto a los ejes de las palas del rotor (RA1, RA2 RA3) , caracterizado porque el ángulo de desplazamiento de la pala del rotor (GPW) para cada pala del rotor (RB1, RB2, RB3) , dependiendo de las oscilaciones laterales de la torre, se modifica independientemente y/o individualmente de tal manera que se amortiguan las amplitudes de las oscilaciones laterales de la torre (T) inducidas en particular por medio de los movimientos exteriores del viento.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque por medio de las variaciones individuales del ángulo de desplazamiento de la pala del rotor (GPW) de las palas del rotor (RB1, RB2, RB3) se genera una fuerza transversal en el rotor por medio de la cual se amortiguan las oscilaciones laterales de la torre (T) , en particular las oscilaciones laterales en el intervalo de una frecuencia de oscilación propia de la torre (T) .

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque la magnitud de la fuerza transversal se origina dependiendo de las amplitudes de la oscilación lateral de la torre en el intervalo de la frecuencia propia lateral de la torre.

4. Procedimiento según la reivindicación 2 a 3, caracterizado porque los ángulos de desplazamiento de las palas del rotor (GPW) de las palas del rotor (RB1, RB2, RB3) varían de tal manera que la fuerza transversal generada en el rotor varía de modo periódico.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque la fuerza transversal varía de modo periódico con una frecuencia, estando, en particular, la frecuencia, en el intervalo de la frecuencia propia lateral de la torre.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque la posición de fase de la variación periódica de la fuerza transversal se ajusta por parte de un dispositivo de regulación de tal manera que se contrarresta la fuerza transversal de la oscilación propia de la torre.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el ángulo de desplazamiento de la pala del rotor (GPW) de las palas del rotor (RB1, RB2, RB3) para cada pala del rotor (RB1, RB2, RB3) se corrige por medio de un valor de corrección del ángulo de desplazamiento (IPD1, IPD2, IPD3) que depende de la oscilación en el intervalo de la frecuencia de oscilación propia de la torre, de manera que se determina un nuevo ángulo de desplazamiento de la pala del rotor (TPD1, TPD2, TPD3) para cada pala del rotor (RB1, RB2, RB3) .

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque después de la determinación del nuevo ángulo de desplazamiento de la pala del rotor individual (TPD1, TPD2, TPD3) de cada pala del rotor (RB1, RB2, RB3) , las palas del rotor (RB1, RB2, RB3) se ajustan con el nuevo ángulo de desplazamiento de la pala del rotor determinado correspondiente (TPD1, TPD2, TPD3) .

9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque los ángulos individuales de desplazamiento de la pala del rotor (TPD1, TPD2, TPD3) de las palas del rotor (RB1, RB2, RB3) varían o se ajustan de modo continuado y/o de modo regular durante la rotación de las palas del rotor (RB1, RB2, RB3) alrededor del eje del rotor.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque las oscilaciones se determinan en el intervalo de la frecuencia de oscilación propia de la torre (T) de modo continuado y/o de modo regular, preferentemente en intervalos temporales predeterminados, durante la operación de la instalación de energía eólica (W) .

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los ángulos de desplazamiento de las palas del rotor (TPD1, TPD2, TPD3) de las palas del rotor (RB1, RB2, RB3) varían de modo continuado dependiendo de la oscilación momentánea determinada en el intervalo de la frecuencia de oscilación propia de la torre (T) .

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque los ángulos de

desplazamiento de las palas del rotor (TPD1, TPD2, TPD3) de las palas del rotor (RB1, RB2, RB3) varían dependiendo de las posiciones de las palas del rotor (RP) de las palas del rotor (RB1, RB2, RB3) que rotan alrededor del eje del rotor.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque las oscilaciones se registran en el intervalo de la frecuencia de oscilación propia de la torre (T) por medio de al menos un sensor de aceleración (11) .

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque a partir de las oscilaciones registradas en el intervalo de la frecuencia de oscilación propia de la torre (T) y un factor de amplificación (GLATOD) predeterminado para cada torre (T) se determina un valor de corrección máximo del ángulo de desplazamiento de la pala.

15. Instalación de energía eólica para la realización del procedimiento según cualquiera de las 15 reivindicaciones 1 a 14.