Sistema de detección de congelación para un aerogenerador.

Un sistema de detección de congelación para un aerogenerador (100),

que comprende:

un sensor (250,450, 650) para medir una vibración de, y/o una carga mecánica en el grupo propulsor (610, 630) del aerogenerador (100), y unos medios de detección (700) conectados al sensor (250,450, 650) y adaptados para detectar una condición de congelación del aerogenerador (100) en base a los datos de la vibración y/o la carga mecánica, suministrados por el sensor (250,450, 650).

Sistema de detección de congelación para un aerogenerador.

Campo de la invención.

La presente invención se refiere a un sistema de detección de congelación para un aerogenerador, un aerogenerador equipado con dicho sistema de detección de congelación y un método para detectar una condición de congelación de un aerogenerador.

Antecedentes de la invención.

Durante los últimos años, se han diseñado y construido más y más aerogeneradores en sitios con alta probabilidad de congelación durante el año. Por ejemplo, tales sitios pueden estar localizados en climas fríos y extremos, como en el norte de Europa o zonas alpinas. Es típico de tales sitios condiciones climáticas extremas tales como bajas temperaturas, altas turbulencias y rachas de aire extremas. Estas condiciones llevan a un aumento de la probabilidad de acumulación de hielo, especialmente en el rotor y en las palas de las turbinas. Las acumulaciones de hielo provocan un aumento de las cargas de masa en el aerogenerador, así como un deterioro de las propiedades aerodinámicas del aerogenerador. Asimismo, una acumulación de hielo desequilibrada puede provocar un rotor desequilibrado y/o un desequilibrio aerodinámico en el rotor. Normalmente, la salida de potencia del aerogenerador disminuye debido a la congelación. Éste y otros detalles se pueden encontrar, por ejemplo, en

“Grandes Aerogeneradores Entran en Regiones de Climas Fríos (Large Wind Turbines Go into Cold Climate Regions) ” por B. Tammelin y H. Seifert, conferencia EWWC 2001, “Cargas de Hielo, Caso de Estudio (Ice Loads, Case Study) ” por P. Antikainen y S. Peuranen, V conferencia BOREAS, y “Requerimientos Técnicos para Palas de Rotor que Operan en Clima Frío (Technical Requeriments for Rotor Blades Operating in Cold Climate) ” por H.

Seifert, Deutsches Windenergie-Institut GmbH. Teniendo en cuenta lo expuesto, es deseable detectar una condición de congelación de un aerogenerador antes de un daño o una reducción extrema en la vida útil de la turbina. Para este fin, las referencias del estado de la técnica proponen suministrar sensores de congelación directos bien sea en una turbina individual o en un parque eólico. Se describen varios conceptos de sensores diferentes, incluyendo una cámara web que monitorea las palas del rotor, dispositivos rotativos especiales multicilindro (dispositivos RMC) , comparación de anemómetros calentados y enfriados, bases de datos meteorológicas en combinación con sensores de temperatura y humedad o similares. Sin embargo todos estos conceptos se basan en una medición directa de la condición de congelación. Por lo tanto, estos sensores de congelación son una característica extra del aerogenerador y tienen que ser suministrados

adicionalmente al aerogenerador “normal”.

Sin embargo, en los sitios donde congelación puede ocurrir pero es bastante rara, por ejemplo, sólo de 1 a 10 días al año, los costes adicionales en que se incurre en suministrando sensores de congelación extras, llega a ser económicamente cuestionable. También, el estado de la técnica informa de que la fiabilidad de los sensores de congelación directos conocidos en la actualidad no es lo suficientemente alta.

DE 19528862 describe un aerogenerador en el cual cada una de las palas del rotor incluye un sensor respectivo, para la medida de la temperatura de la pala del rotor. Las temperaturas medidas de la pala son enviadas a un autómata programable. El autómata está además conectado a un sensor de temperatura ambiente, un anemómetro, un sensor de la velocidad del rotor, y un sensor de vibración. El sensor de vibración puede detectar vibraciones de la torre la turbina. Se puede detectar una condición de congelación de las palas del rotor mediante el sensor de vibración debido a las vibraciones de la torre inducidas por el desequilibrio de las palas del rotor.

WO 01/25631 describe un método de monitorización de plantas de aerogeneradores acústicamente. El método incluye las siguientes etapas: grabar un espectro de ruido de referencia de una planta de aerogeneradores y/o partes de la misma en al menos una localización particular en la planta; almacenar este espectro de referencia en un dispositivo de almacenamiento; grabar el espectro de ruido de operación durante la operación en dicha localización (es) particular en la planta; comparar el espectro de operación grabado con el espectro de referencia almacenado; y determinar las desviaciones entre el espectro de ruido de operación y el espectro de referencia.

Resumen de la invención.

A la vista de lo antedicho, de acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se ha previsto un sistema de detección de congelación para un aerogenerador, como se ha definido en la reivindicación 1.

En contraposición con el estado de la técnica, el sensor del primer aspecto de la invención descrito más arriba, no es un sensor de congelación directa, ni tampoco incluye un anemómetro, pueda ser calentado no, ni una cámara. En cambio, se ha utilizado un sensor para una variable mecánica del aerogenerador, normalmente para vibraciones o condiciones de carga, para proporcionar datos a partir de los cuales se detecte la condición de congelación de la turbina. Sin embargo los aerogeneradores están normalmente equipados con este tipo de sensores debido a las regulaciones específicas que se tienen que observar. Por ejemplo, los aerogeneradores tienen que cumplir la

”Directiva para Instalaciones de Aerogeneradores” emitida por el “Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) ” [Instituto

Alemán para la Tecnología de la Construcción] en Berlín. Esta Directiva expone, entre otras cosas, una regulación referente a la monitorización de la oscilación operacional de la torre. Por consiguiente, en un rango operativo en el cual la frecuencia de excitación del rotor está en una anchura de banda de +/- 5% de la frecuencia natural de la torre, es inadmisible una operación permanente del aerogenerador sin una monitorización de la oscilación operacional. Por lo tanto, un aerogenerador tiene que estar equipado con un sensor para la monitorización de la oscilación. Dado que la presente invención emplea tales sensores para detectar las condiciones de congelación de la turbina, se pueden omitir sensores adicionales de congelación como los previstos por el estado de la técnica. En otras palas, la presente invención proporciona un sistema de detección de congelación que puede detectar una condición de congelación del aerogenerador basándose en los datos proporcionados por sensores que pertenecen al equipamiento normal de un aerogenerador y no son una opción adicional. Por eso, los costes del sistema de detención de congelación se pueden reducir considerablemente en comparación con las soluciones del estado de la técnica, las cuales requieren uno o más detectores de congelación directos. Además, los sensores para variables mecánicas, normalmente, tienen una vida útil más larga y son más fiables comparados con los detectores de congelación directos disponibles.

De acuerdo a otro aspecto de la presente invención, se prevé el uso de un sensor de acuerdo con la reivindicación

13.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se prevé un aerogenerador equipado con un sistema de detención de congelación como el descrito más arriba. Normalmente, en tales aerogeneradores los medios de detección están incluidos en un controlador del aerogenerador. Sin embargo, también puede estar previsto como una parte separada del aerogenerador o puede incluso estar situado remotamente en un sitio de control alejado.

De acuerdo con otro aspecto más de la presente invención, se prevé un método para detectar una condición de congelación de un aerogenerador como se define en la reivindicación 10. La turbina no opera a su máximo nivel posible, el aerogenerador debería ser llevado al máximo nivel operacional posible.

Breve descripción de los dibujos.

Una descripción completa y habilitante de la presente invención, incluyendo la mejor realización de la misma, para un experto común en la materia, es expuesto de forma más particular en el resto de la descripción, incluyendo referencias a los dibujos que acompañan, en donde:

La figura 1 muestra una primera realización, la cual sin embargo no forma parte de la presente invención.... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de detección de congelación para un aerogenerador (100) , que comprende:

un sensor (250, 450, 650) para medir una vibración de, y/o una carga mecánica en el grupo propulsor (610, 630) del aerogenerador (100) , y unos medios de detección (700) conectados al sensor (250, 450, 650) y adaptados para detectar una condición de congelación del aerogenerador (100) en base a los datos de la vibración y/o la carga mecánica, suministrados por el sensor (250, 450, 650) .

2. El sistema de detección de congelación de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sensor (650) está situado en un eje rotatorio (630) del grupo propulsor.

3. El sistema de detección de congelación de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el sensor (650) está situado en la caja de cambios (610) del grupo propulsor.

4. El sistema de detección de congelación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende un sensor (250) para medir la desviación de la torre (200) , en donde los medios de detección (700) están conectados a dicho sensor (250) .

5. El sistema de detección de congelación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende un sensor (450) para la medida de la vibración en al menos una pala del rotor (400) del aerogenerador (100) , en donde los medios de detección (700) están conectados a dicho sensor (450) .

6. El sistema de detección de congelación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende un sensor (450) para medir la carga mecánica en al menos una pala del rotor (400) del aerogenerador (100) .

7. El sistema detección de congelación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los medios de detección (700) detectan la condición de congelación basándose en el error relativo de la vibración y/o la carga mecánica en el grupo propulsor (610, 630) .

8. Un aerogenerador (100) que comprende un sistema de detección de congelación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

9. Un aerogenerador (100) de acuerdo con la reivindicación 8, en donde los medios de detección (700) están incluidos en un controlador del aerogenerador.

10. Un método para detectar una condición de congelación de un aerogenerador, que comprende las etapas de:

(a) medir la vibración y/o la carga mecánica en el grupo propulsor del aerogenerador,

(b) proporcionar los datos medidos de la vibración y/o la carga mecánica a los medios de detección,

(c) comparar los datos medidos con el modelo de datos para una condición de congelación, para detectar si el aerogenerador está en una condición de congelación o no.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, que además comprende la etapa de:

(d) llevar al aerogenerador a una condición operacional segura si se detecta la condición de congelación del aerogenerador.

12. El método de acuerdo con las reivindicaciones 10 u 11, que además comprende las etapas de:

(e) si no se ha detectado una condición de congelación, comprobar si el aerogenerador funciona a su máximo nivel posible, y

(f) si el aerogenerador no funciona a su máximo nivel posible, llevar al aerogenerador al máximo nivel operacional posible.

13. Uso de un sensor (250, 450, 650) adaptado para medir una vibración de, y/o una carga mecánica en el grupo propulsor de un aerogenerador (100) para suministrar datos a partir de los cuales se pueda detectar una condición de congelación del aerogenerador (100) , por los medios de detección (700) .