Sistema aerogenerador eólico-hidráulico de caudal variable por revolución y presión constante,

comprendiendo un rotor eólico (1) que acciona a un sistema de bombeo (3), el cual envía un flujo de accionamiento a grupos productores de electricidad formados por turbinas Pelton (6) y generadores eléctricos (7), poseyendo un subsistema de control (8) que controla el rendimiento del rotor eólico (1), un subsistema de control (9) que controla el rendimiento de las turbinas Pelton (6), un subsistema de control (10) que controla el funcionamiento ante huecos de tensión en la red eléctrico (13) de aplicación, un subsistema de control (11) que controla la potencia reactiva y un sistema de control coordinado (12) que supervisa a los cuatro subsistemas anteriores.

Sistema aerogenerador eólico-hidráulico de caudal variable por revolución y presión constante.

Sector de la técnica La presente invención está relacionada con los sistemas de bombeo hidráulico mediante accionamiento eólico, proponiendo un sistema aerogenerador eólico-hidráulico de caudal variable por revolución y presión constante, ambas independientes de la velocidad del rotor eólico, con control coordinado para optimización del rendimiento, del rechazo de huecos de tensión y de la regulación de la potencia reactiva.

Estado de la técnica Uno de los principales retos que plantea el uso de las energías renovables, es reducir los costes de aplicación y hacerlos competitivos con los de las fuentes de energía tradicionales.

En ese sentido, las centrales hidroeléctricas, cuyo desarrollo se inició a finales del siglo diecinueve, son hoy en día, dentro del sector de las energías renovables, uno de los medios más desarrollados, más maduros, de menor coste y de mayor calidad energética, para la generación eléctrica. Concretamente, las minicentrales hidráulicas con turbinas Pelton que se disponen en saltos de agua de gran altura (por encima de los mil metros) , son las más eficientes, fiables y económicas, para la generación de electricidad.

Es conocida, por otro lado, la técnica de bombeo hidráulico mediante pistones radiales, con accionamiento de los pistones radiales por medio de una excéntrica incorporada en un eje giratorio, o mediante giro excéntrico del conjunto portador de los pistones radiales respecto de un eje central fijo.

Y en otro campo, la técnica de los aerogeneradores que aprovechan la acción del viento como medio accionador para la producción de energía eléctrica, ha llegado a un alto nivel de desarrollo, de manera que el sector eólico se halla consolidado, con unas grandes perspectivas de crecimiento.

A raíz de todos esos conocimientos, se han desarrollado soluciones, como las de las Patentes US 4 368 692 y US 4 496 846, que mediante el eje de un rotor eólico de palas captadoras de la acción del viento accionan un sistema complejo de pistones radiales, para producir un bombeo hidráulico que se puede utilizar en cualquier finalidad.

Según las Patentes US 6 856 039 y US 6 847 128, se han desarrollado también sistemas de control de los aerogeneradores para mejorar su rendimiento, pero con estas soluciones únicamente se regula la velocidad del rotor eólico en función de la fuerza del viento que incide contra las palas y del ángulo de calado de las mismas.

Objeto de la invención De acuerdo con la presente invención se propone un sistema que permite el control de aerogeneradores eólicohidráulicos de caudal variable por revolución, incluyendo grupos de turbinas multi-rueda con radios iguales, de forma que permite trabajar a presión hidráulica constante para maximizar la energía eléctrica producida, optimizando el rendimiento global de la máquina, así como operar ante huecos de tensión en la red eléctrica, y regular la potencia reactiva que se entrega a la red.

Este sistema objeto de la invención comprende:

- Un subsistema de control del rendimiento aerodinámico del rotor eólico, mediante el cual se gobiernan de modo coordinado el caudal y la presión del circuito hidráulico, de forma variable e independiente de la velocidad del rotor eólico, de forma que, a partir de la medida de la velocidad del rotor eólico, y mediante la manipulación coordinada de la excentricidad de una bomba radial y de los ángulos de calado de las palas captadoras de la acción del viento, este subsistema modifica el caudal de bombeo, variando el par con el que la máquina se opone al viento y con ello la velocidad de giro del rotor eólico, con lo cual se optimiza el rendimiento aerodinámico y por tanto la energía que se consigue con cada velocidad del viento.

- Un subsistema de control del rendimiento de las turbinas, mediante el cual se gobierna un conjunto de inyectores en las mismas, para regular la presión del circuito hidráulico, con lo cual se optimiza dicho rendimiento de las turbinas.

- Un subsistema de control de los huecos de tensión en la red eléctrica a la que se suministra la electricidad que se produce, mediante el cual se monitoriza la tensión de la red eléctrica y las velocidades de los grupos turbinagenerador, modificando la posición de unos deflectores que hacen variar el comportamiento de las turbinas en los casos de huecos de tensión, permitiendo al aerogenerador eólico-hidráulico seguir trabajando con normalidad en el momento que desaparece el hueco de tensión.

- Un subsistema de control de potencia reactiva, mediante el cual se modifican las corrientes de excitación de los generadores eléctricos síncronos que utiliza el sistema, gobernando así la potencia reactiva que se inyecta a la red eléctrica.

- Un sistema de control coordinado, mediante el cual se supervisan los cuatro subsistemas anteriores, optimizando con ello el rendimiento y el funcionamiento global del aerogenerador eólico-hidráulico.

De este modo se obtiene un sistema de aerogenerador eólico-hidráulico con unas características funcionales que le confieren vida propia y carácter preferente para la aplicación de bombeo hidráulico por acción del viento a la que se halla destinado.

Descripción de las figuras La figura 1 muestra un esquema general del sistema aerogenerador eólico-hidráulico objeto de la invención.

La figura 1A muestra un detalle ampliado del esquema de una turbina Pelton (turbina i) utilizada en el sistema de la invención.

La figura 2 muestra un esquema representativo del flujo de potencia y de los rendimientos de las distintas etapas, así como del control jerárquico del sistema de la invención.

La figura 3 muestra un esquema representativo de un inyector de una turbina Pelton.

La figura 4 muestra un esquema representativo de un deflector de una turbina Pelton, en posición de desviación del flujo.

La figura 5 muestra una gráfica representativa del rendimiento aerodinámico del rotor eólico en el sistema de la invención.

La figura 6 muestra una gráfica representativa de la curva de potencia del aerogenerador eólico-hidráulico.

La figura 7 muestra una gráfica representativa del rendimiento de una turbina Pelton según la relación de velocidades.

La figura 8 muestra una gráfica representativa del rendimiento de una turbina Pelton según el caudal de trabajo.

La figura 9 muestra un esquema representativo de las turbinas Pelton multi-rueda que se utilizan en el sistema aerogenerador eólico-hidráulico de la invención para trabajar a presión constante.

La figura 10 muestra una gráfica representativa de un hueco de tensión de la red eléctrica.

Descripción detallada de la invención La invención consiste en un sistema aerogenerador eólico-hidráulico de caudal variable por revolución y presión constante, ambas independientes de la velocidad del rotor eólico, y con control coordinado para optimización del rendimiento, rechazo de huecos de tensión y control de energía reactiva en la red eléctrica.

La Figura 1 representa el esquema general del sistema preconizado, comprendiendo un rotor eólico (1) de múltiples palas, el cual transforma la energía del viento en par mecánico en un eje (2) que a su vez transmite la energía a un sistema de bombeo (3) que mediante una bomba (4) radial introduce líquido a presión en un circuito hidráulico (5) capaz de generar energía eléctrica mediante grupos formados por turbinas Pelton (6) multi-rueda de radios iguales y en combinación con ellas respectivos generadores eléctricos (7) .

En relación con ese conjunto funcional el sistema dispone de un subsistema de control (8) , mediante el cual se controla el rendimiento del rotor eólico (1) , un subsistema de control (9) , mediante el cual se controla el rendimiento de las turbinas Pelton (6) , un subsistema de control (10) , mediante el cual se controla el funcionamiento ante huecos de tensión en la red eléctrica (13) a la que se suministra la electricidad que produce el sistema aerogenerador eólico-hidráulico, un subsistema de control (11) , mediante el cual se controla la potencia reactiva que se inyecta a la red eléctrica (13) , y un sistema de control coordinado (12) , mediante el cual se supervisan los cuatro subsistemas anteriores.

El aerogenerador eólico-hidráulico del sistema propuesto desacopla la red eléctrica...

1. Sistema aerogenerador eólico-hidráulico de caudal variable por revolución y presión constante, del tipo que comprende un rotor eólico (1) que transforma la energía del viento en par mecánico para accionar un sistema de bombeo (3) que por medio de una bomba radial (4) produce un flujo de accionamiento de grupos productores de electricidad formados por turbinas Pelton (6) y generadores eléctricos π) , suministrándose la electricidad producida a una red eléctrica (13) , caracterizado porque en relación con el conjunto funcional dispone un subsistema de control (8) que controla el rendimiento aerodinámico del rotor eólico (1) , un subsistema de control (9) que controla el rendimiento de las turbinas Pelton (6) , un subsistema de control (10) que controla el funcionamiento ante huecos de tensión en la red eléctrica (13) , un subsistema de control (11) que controla la potencia reactiva que se inyecta a la red eléctrica (13) , y un sistema de control coordinado (12) que supervisa los cuatro subsistemas anteriores; utilizándose en los grupos productores de electricidad turbinas Pelton (6) multi-rueda con ruedas de igual radio y de diferentes caudales máximos.

2. Sistema aerogenerador eólico-hidráulico de caudal variable por revolución y presión constante, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el sistema de control (8) varía la asimetría de la bomba radial (4) y el ángulo de las palas del rotor eólico (1) , en función de la velocidad de giro del rotor eólico (1) , produciendo en el eje de dicho rotor eólico (1) un par mecánico variable y antagonista al par del viento, para maximizar el rendimiento aerodinámico con cada velocidad de viento.

3. Sistema aerogenerador eólico-hidráulico de caudal variable por revolución y presión constante, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el sistema de control (9) modifica la inyección del flujo de líquido que se proyecta a las turbinas Pelton (6) , en función de la velocidad de giro del rotor eólico (1) , de la asimetría de la bomba radial (4) y de la presión del líquido que se va a proyectar a las turbinas Pelton (6) , para maximizar el rendimiento de dichas turbinas Pelton (6) .

4. Sistema aerogenerador eólico-hidráulico de caudal variable por revolución y presión constante, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el sistema de control (10) desvía la proyección del flujo de líquido que se inyecta a la turbinas Pelton (6) , cuando se produce un hueco de tensión en la red eléctrica (13) , re-direccionando la proyección de la inyección del flujo de líquido hacia las turbinas Pelton (6) cuando desaparece el hueco de tensión.

5. Sistema aerogenerador eólico-hidráulico de caudal variable por revolución y presión constante, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el sistema de control (11) regula las corrientes de excitación de los generadores eléctricos (7) asociados a las turbinas Pelton (6) , para gobernar la potencia reactiva que se inyecta a la red eléctrica (13) .

6. Sistema aerogenerador eólico-hidráulico de caudal variable por revolución y presión constante, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque las turbinas Pelton (6) multi-rueda determinan una relación escalonada de caudales máximos que optimiza el rendimiento del sistema eólico-hidráulico al variar el caudal de líquido que se bombea.

7. Sistema aerogenerador eólico-hidráulico de caudal variable por revolución y presión constante, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el caudal y la presión del flujo de líquido que se inyecta a las turbinas Pelton (6) son independientes de la velocidad de giro del rotor eólico (1) .

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

Nº solicitud:200902327

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 14.12.2009

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional DOCUMENTOS RELEVANTES

4. 55; columna 5, 1-3, 6 líneas 7-46; columna 6, línea.

5. 62; columna 8, líneas 13-45; figuras 1, 2, 5. A US 2006275121 A1 (MERSWOLKE PAUL H et al.) 07.12.2006, resumen; párrafos 6-9, 61, 88, 90. 1, 5 A WO 2006037828 A1 (TORRES MARTINEZ M) 13.04.2006, resumen; página 2, línea 25 - página 3, línea 20; página 11, línea 20 - página 12, línea 7; página 13, líneas 18-31; 1 figuras 7, 12. A WO 02084116 A1 (NEW WORLD GENERATION INC) 24.10.2002, resumen; columna 6, 1 líneas 17-27; figuras 1-6. Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº : Fecha de realización del informe 20.12.2010 Examinador P. Del Castillo Penabad Página 1/4

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud:200902327

CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD F03D7/02 (01.01.2006)

F03D7/04 (01.01.2006) F03D9/00 (01.01.2006) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)

F03D

Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud:200902327

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 20.12.2010

Declaración

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986) .

Base de la Opinión.

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud:200902327

1. Documentos considerados.

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración Se considera que el documento D01 es, del estado de la técnica, el más próximo al objeto reivindicado.

Este documento D01 describe (resumen; página 1-página 6 línea 25, página 6 líne.

5. página 7 línea 19; figuras 1-3, 5, 6, 8, 9, 11) un sistema aerogenerador eólico-hidráulico de caudal variable y con control de la presión. El sistema comprende un rotor eólico que transforma la energía del viento en par mecánico para accionar un sistema de bombeo que produce un flujo que acciona turbinas Pelton y generadores eléctricos que suministran electricidad a la red. El conjunto funcional dispone de un subsistema de control del rendimiento aerodinámico del rotor eólico y un subsistema de control del rendimiento de las turbinas Pelton. Aunque este documento no describe subsistemas de control de potencia reactiva ni de funcionamiento ante huecos de red, ni un sistema de control que integre todos los subsistemas mencionados, se considera que no tendría actividad inventiva puesto que son conocidos en el sector de la generación eléctrica con turbinas eólicas este tipo de sistemas de control. El hecho de que la bomba no sea radial a nivel de esta reivindicación no tendría actividad inventiva puesto que no existe ventaja frente a otras posibilidades.

Sin embargo la utilización de una turbina Pelton multi-rueda de igual radio y diferentes caudales máximos es una característica que dota a la reivindicación 1 de actividad inventiva ya que facilita el control.

Además, la invención reivindicada implica un efecto mejorado comparado con el estado de la técnica, y no se considera obvio que un experto en la materia obtenga la invención a partir del mencionado documento. Por tanto la reivindicación 1 es nueva e implica actividad inventiva.

Las reivindicaciones 2-6 son dependientes de la reivindicación 1 y como ella también cumplen los requisitos de novedad y actividad inventiva.

Por todo lo anterior las reivindicaciones 1-7 de la solicitud son nuevas e implican actividad inventiva según los artículos 6 y 8 de la Ley 11/86 de Patentes.

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