Instalación de energía eólica.

Instalación de obtención de energía, especialmente una instalación de energía eólica,

con un árbol de accionamiento, con un generador (8) y con un engranaje diferencial (11 a 13) con tres accionamientos o tomas de fuerza, en la que un primer accionamiento está conectado con el árbol de accionamiento, una toma de fuerza está conectada con un generador (8) y un segundo accionamiento está conectado con un accionamiento de diferencial (6), y en la que el engranaje diferencial (11 a 13) es un engranaje planetario y el accionamiento de diferencial (6) está conectado con la rueda solar (11) del engranaje diferencial (11 a 13), caracterizada por que el accionamiento de diferencial (6) está dispuesto en el lado del generador (8), opuesto al engranaje diferencial (11 a 13).

Instalación de energía eólica.

La invención se refiere a una instalación de obtención de energía, especialmente a una instalación de energía eólica, con un árbol de accionamiento, con un generador y con un engranaje diferencial con tres accionamientos o tomas de fuerza, en la que un primer accionamiento está conectado con el árbol de accionamiento, una toma de fuerza está conectada con un generador y un segundo accionamiento está conectado con un accionamiento de diferencial, y en la que el engranaje diferencial es un engranaje planetario y el accionamiento de diferencial está conectado con la rueda solar del engranaje diferencial.

Las instalaciones de energía eólica adquieren cada vez más importancia como instalaciones de generación de electricidad. Por tanto, aumenta continuamente la parte porcentual de la generación de corriente por el viento. Esto a su vez condiciona por una parte nuevos estándares relativos a la calidad de la corriente y, por otra parte, una tendencia a instalaciones de energía eólica todavía más grandes. En la actualidad, se vislumbra una tendencia hacia instalaciones de energía eólica offshore que requieren instalaciones con tamaños de al menos 5MW de potencia instalada. Por los elevados costes de las infraestructuras y el mantenimiento o el entretenimiento de las instalaciones de energía eólica en el ámbito offshore, adquieren una importancia especial tanto el grado de eficacia como la disponibilidad de las instalaciones.

El documento WO2004/109157A1 muestra un concepto "multivías" hidrostático, complejo, con varias etapas de diferencial y varios acoplamientos conmutables, pudiendo conmutarse entre las distintas vías. Con la solución técnica representada se pueden reducir la potencia y por tanto las pérdidas de la hidrostática. Sin embargo, una desventaja esencial es la estructura complicada de la unidad en su conjunto. Además, la conmutación entre las distintas etapas constituye un problema para la regulación de la instalación de energía eólica. Además, esta publicación presenta un freno mecánico que actúa directamente sobre el árbol de generador.

El documento EP1283359A1 muestra un engranaje diferencial de una etapa y un engranaje diferencial de múltiples etapas con un accionamiento eléctrico de diferencial, presentando la versión de una etapa una máquina especial de corriente trifásica con un elevado número de revoluciones nominal, posicionada coaxialmente alrededor del árbol de entrada, que a causa de la forma de construcción tiene un momento de inercia de masa, referido al árbol de rotor, extremadamente alto. Alternativamente, se propone un engranaje diferencial de múltiples etapas con una máquina de corriente trifásica estándar de marcha rápida, alineada paralelamente con respecto al árbol de entrada del engranaje diferencial.

El documento WO200806/263 muestra otro ejemplo.

Las desventajas de las formas de realización conocidas son, por una parte, unas elevadas pérdidas en el accionamiento de diferencial y, por otra parte, en conceptos que solucionan este problema, una mecánica compleja o la construcción de máquinas eléctricas especiales y por tanto elevados costes. Generalmente, cabe constatar que no se tuvieron en consideración suficientemente los criterios relevantes para la regulación como por ejemplo el momento de inercia de masa, referido al rotor, del accionamiento de diferencial (Jred) .

La invención tiene el objetivo de evitar en gran medida las desventajas mencionadas anteriormente y proporcionar un accionamiento de diferencial que aparte de un coste lo más bajo posible garantice tanto el máximo rendimiento energético como una regulación óptima de la instalación de energía eólica.

Según la invención, este objetivo se consigue porque el accionamiento de diferencial está dispuesto en el lado del generador, opuesto al engranaje diferencial.

De esta manera, es posible un modo de construcción muy compacto y eficiente de la instalación con el que además se solucionan de forma óptima los aspectos de técnica de regulación para la instalación de generación de energía, especialmente de la instalación de energía eólica.

Algunas formas de realización preferibles de la invención son objeto de las reivindicaciones subordinadas.

A continuación, se describen en detalle formas de realización preferibles de la invención haciendo referencia a los dibujos adjuntos.

La figura 1 muestra para una instalación de energía eólica de 5MW según el estado de la técnica la curva de potencia, el número de revoluciones del rotor y los valores característicos resultantes como el índice de marcha rápida y el coeficiente de potencia,

la figura 2 muestra el principio de un engranaje diferencial con un accionamiento eléctrico de diferencial según el estado de la técnica,

la figura 3 muestra el principio de un accionamiento de diferencial hidrostático con una combinación de bomba/motor según el estado de la técnica,

la figura 4 muestra el principio de una máquina especial de corriente trifásica alineada coaxialmente con respecto al árbol de entrada de la etapa de diferencial,

la figura 5 muestra las relaciones de números de revoluciones en el rotor de la instalación de energía eólica y los pares de entrada Mmáx máximas resultantes para el accionamiento de diferencial,

la figura 6 muestra a título de ejemplo las relaciones de números de revoluciones y de potencia de un accionamiento eléctrico de diferencial encima de la velocidad del viento,

la figura 7 muestra para el engranaje diferencial de 1 etapa los pares máximos y el factor de magnitud y/x en función de la gama de revoluciones nominales,

la figura 8 muestra relaciones de transmisión y pares para el accionamiento de diferencial con un engranaje diferencial de 1 etapa y alternativamente con un engranaje diferencial de 2 etapas y las consecuencias en Jred,

la figura 9 muestra un factor de transmisión f (J) para engranajes diferenciales de 1 etapa o de 2 etapas, por el que ha de multiplicarse el valor del momento de inercia de masa J del accionamiento de diferencial para calcular el Jred referido al árbol de rotor con el menor número de revoluciones del rotor (nmín) ,

la figura 10 muestra para engranajes diferenciales de 1 etapa o de 2 etapas el par necesario para poder regular un salto de número de revoluciones en el rotor con un accionamiento eléctrico de diferencial,

la figura 11 muestra la característica, número de revoluciones/par, de un accionamiento eléctrico de diferencial (motor síncrono PM) incluido el rango de debilitamiento de campo en comparación con el par necesario para el accionamiento de diferencial,

la figura 12 muestra los pares de entrada máximos para el accionamiento de diferencial y el factor de magnitud y/x en función del rango de debilitamiento de campo del accionamiento eléctrico de diferencial,

la figura 13 muestra la diferencia del rendimiento energético bruto en función del rango de debilitamiento de campo,

la figura 14 muestra la diferencia del rendimiento energético bruto para diferentes gamas de revoluciones con diferentes velocidades de viento anuales medias para un accionamiento eléctrico de diferencial con un rango de debilitamiento de campo del 80%,

la figura 15 muestra la diferencia del rendimiento energético bruto para diferentes gamas de revoluciones nominales con diferentes velocidades de viento medias para un accionamiento hidráulico de diferencial,

la figura 16 muestra los costes de producción de corriente para un accionamiento eléctrico de diferencial con diferentes gamas de revoluciones nominales para engranajes diferenciales de 1 etapa,

la figura 17 muestra los costes de producción de corriente para un accionamiento eléctrico de diferencial con diferentes gamas de revoluciones nominales para engranajes diferenciales de 2 etapas,

la figura 18 muestra una máquina de corriente trifásica puesta en cortocircuito con resistencias eléctricas intercaladas,

la figura 19 muestra una solución con un engranaje diferencial de 1 etapa, integrado en el engranaje principal,

la figura 20 muestra una solución con un engranaje diferencial de 1 etapa, integrado en el generador síncrono,

la figura 21 muestra una solución alternativa para un engranaje diferencial de 1 etapa con una conexión coaxial entre la corona y el accionamiento de diferencial.

La potencia del rotor de una instalación de energía eólica se calcula por la fórmula Potencia de rotor = superficie de rotor * coeficiente de potencia * densidad de aire/2 * velocidad del viento3

donde el coeficiente de potencia depende del... [Seguir leyendo]

1. Instalación de obtención de energía, especialmente una instalación de energía eólica, con un árbol de accionamiento, con un generador (8) y con un engranaje diferencial (11 a 13) con tres accionamientos o tomas de fuerza, en la que un primer accionamiento está conectado con el árbol de accionamiento, una toma de fuerza está conectada con un generador (8) y un segundo accionamiento está conectado con un accionamiento de diferencial (6) , y en la que el engranaje diferencial (11 a 13) es un engranaje planetario y el accionamiento de diferencial (6) está conectado con la rueda solar (11) del engranaje diferencial (11 a 13) , caracterizada por que el accionamiento de diferencial (6) está dispuesto en el lado del generador (8) , opuesto al engranaje diferencial (11 a 13) .

2. Instalación de obtención de energía según la reivindicación 1, caracterizada por que el accionamiento de diferencial (6) está dispuesto de forma coaxial con respecto al árbol del generador (8) .

3. Instalación de obtención de energía según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que presenta sólo una etapa de diferencial (11 a 13) .

4. Instalación de obtención de energía según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que presenta un engranaje diferencial (3) de una etapa.

5. Instalación de obtención de energía según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que presenta un engranaje diferencial (3, 4) de múltiples etapas.

6. Instalación de obtención de energía según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que el árbol de accionamiento es el árbol de rotor de una instalación de energía eólica.

7. Instalación de obtención de energía según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que un árbol de conexión (16) entre el piñón (11) y el accionamiento de diferencial (6) está realizado como árbol hecho de de un compuesto de fibras.

8. Instalación de obtención de energía según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que el accionamiento de diferencial (6) es una máquina eléctrica.

9. Instalación de obtención de energía según la reivindicación 8, caracterizada por que la máquina (6) eléctrica es una máquina de corriente trifásica.

10. Instalación de obtención de energía según la reivindicación 8 o 9, caracterizada por que la máquina (6) eléctrica se puede cortocircuitar.

11. Instalación de obtención de energía según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizada por que la máquina

(6) eléctrica se puede hacer funcionar en el rango de debilitamiento de campo y por que la máquina (6) eléctrica se hace funcionar al menos temporalmente en un rango de debilitamiento de campo del 50%, como mínimo.

12. Instalación de obtención de energía según una de las reivindicaciones 8 a 11, en la que el primer accionamiento conectado con el árbol de accionamiento rota con un número de revoluciones básico, caracterizada por que la gama de revoluciones del primer accionamiento asciende como mínimo a -/+ 6, 0% y como máximo a -/+ 20, 0% del número de revoluciones básico, mientras que la máquina (6) eléctrica se hace funcionar con el número de revoluciones nominal.

13. Instalación de obtención de energía según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que el accionamiento de diferencial (6) es un accionamiento hidráulico.

14. Instalación de obtención de energía según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada por que un freno

(15) que actúa sobre el árbol de accionamiento está dispuesto en el lado del engranaje diferencial (11 a 13) en el que está dispuesto el primer accionamiento.