Turbina eólica para uso mar adentro.

Un método de instalación de una turbina eólica mar adentro, comprendiendo la turbina eólica (2) unas aspasconectadas a través de un eje a un generador (3),

que está montado giratoriamente sobre una torre (4), y unbasamento debajo de la torre en forma de flotador o casco (6) sobre el cual está montada la torre (4),comprendiendo el método:

anclar el flotador (6) por medio de una línea de anclaje, sujeción o conexión (7) al lecho marino, de maneraque flote libremente;

caracterizado por que el método comprende además:

ajustar el periodo de resonancia de la turbina eólica ajustando el centro de gravedad de la turbina eólica y/o latensión de la línea de anclaje, sujeción o conexión (7), de manera que la turbina eólica oscile en resonanciacon las olas;

por lo que, como consecuencia del efecto de las olas sobre el flotador, el movimiento de la turbina eólica (2)actúa como mecanismo de amortiguación sobre el movimiento y por tanto extrae energía de las olas.

Turbina eólica para uso mar adentro La presente invención concierne a un método y a un dispositivo en conexión con el uso de una turbina eólica mar adentro, que comprende una turbina eólica conectada a través de un eje a un generador, que está montada giratoriamente sobre una torre, y en un basamento por debajo de ella en forma de elemento flotador o boya, sobre la cual está montada la torre.

Las turbinas eólicas se están instalando cada vez más mar adentro, parcialmente debido a requisitos de espacio y también para conseguir condiciones de viento óptimamente constantes y explotables (mayor velocidad media, menor turbulencia, interfaz más delgado que sobre tierra) . En la actualidad, están instaladas principalmente en aguas poco profundas donde pueden ser colocadas fácilmente sobre un basamento que se yergue sobre el lecho marino. Tales instalaciones requieren que haya disponibles zonas suficientes de agua poco profunda. A lo largo de la mayoría de las costas del mundo, y particularmente a lo largo de la costa de Noruega, el agua es generalmente demasiado profunda para permitir la instalación de turbinas eólicas sobre el lecho marino. La instalación de turbinas eólicas en aguas poco profundas puede originar también problemas para los barcos que han de llevar a cabo la instalación. La mayoría de los barcos tendrán un calado demasiado grande para permitirles operar en profundidades de hasta 10 metros.

Por estas razones, el uso de estructuras flotantes de soporte es una solución relevante. Para hacer esto económicamente interesante, cada turbina debe tener una alta capacidad, por ejemplo del orden de 5 MW. Con tan gran rendimiento y explotando las propiedades del viento mar adentro, se espera que las estructuras flotantes de soporte serán capaces de competir en el precio de la energía con respecto a las instalaciones terrestres.

Los conceptos de la técnica anterior para las estructuras flotantes de soporte están basados usualmente en una simple estructura flotante (por ejemplo una columna vertical) que está anclada al lecho marino por medio de puntales verticales (sujeciones) . Otros conceptos del casco de los barcos están basados en la tecnología de plataformassemi-sumergibles. Éstas se han desarrollado especialmente para disponer de movimientos favorables (pequeños) de las olas. Una característica común de la mayoría de estos conceptos de las turbinas eólicas de la técnica anterior es que el objetivo es restringir el movimiento de la plataforma tanto como sea posible. Además, están diseñados de manera que pueden soportar condiciones extremas del mar. Cuanto más estrictos se hacen los requisitos para el movimiento, mayor es la fuerza experimentada en una situación extrema. Las combinaciones de estos requisitos son por tanto costosas y contribuyen a que las soluciones de turbinas eólicas marítimas de la técnica anterior no son generalmente rentables hasta la fecha.

Los documentos WO 03/004869, WO 02/052150, GB 2378679 y DE 3107252 divulgan turbinas eólicas flotantes que están ancladas al lecho marino.

La presente invención está relacionada con un método como se define en la reivindicación 1, y una turbina eólica mar adentro como se define en la reivindicación 5.

En la turbina eólica basada en mar adentro el montaje es sencillo y económico pero, al mismo tiempo, la turbina eólica será capaz de extraer energía de las olas además de la energía eólica.

En la presente invención, la boya está anclada con líneas de amarre o puntales (sujeciones) o está articulada en el suelo marino y, como consecuencia del efecto de las olas en la boya, el movimiento de la turbina eólica actuará como mecanismo de amortiguación para el movimiento y por tanto extraerá energía de las olas.

Al explotar el movimiento de la plataforma en las olas, la turbina eólica será capaz de extraer más energía. Esta energía se extrae por tanto de las olas. La turbina eólica actuará por tanto como un mecanismo de amortiguación para el movimiento y por tanto extraerá energía que de otra manera se desperdiciaría. Tanto el movimiento de cabezada como el de balanceo contribuirán en este proceso.

La cantidad de energía que puede extraerse de las olas depende de diversos factores, tales como el diseño del flotador (casco) o boya, las características del amarre y la distribución de masas, es decir, las propiedades dinámicas de la boya. Además, la cantidad de energía extraída de las olas depende de lo que se controlen las aspas de la turbina eólica con respecto a la velocidad instantánea relativa del viento, es decir, el control de la cabezada de las aspas de la turbina eólica. Si la cabezada se mantiene constante, los coeficientes del empuje y la potencia son aproximadamente constantes. Por otra parte, si la cabezada se controla de forma que los coeficientes de empuje y potencia aumentan cuando aumenta la velocidad relativa del viento, entonces la absorción de energía de las olas aumentará.

Se extraerá la máxima energía de las olas si el sistema oscila en resonancia con las olas. Al diseñar el sistema de forma que la amortiguación de la radiación sea igual a la amortiguación lineal de la turbina eólica, se conseguirá la máxima absorción de energía. (La amortiguación de la radiación es la amortiguación que origina la creación de olas que se alejan en el agua cuando la estructura se está moviendo) .

La amortiguación de la radiación está influenciada por el diseño geométrico del flotador o boya. Es principalmente una función del radio de la boya. A una frecuencia dada, la amortiguación de la radiación en la cabezada (en el frente marino) es proporcional a la cuarta potencia del radio de la boya. La amortiguación de la turbina depende de la velocidad media del viento, del radio de la turbina y del coeficiente de empuje.

Sin embargo, también se puede extraer energía de las olas cuando la boya está oscilando a frecuencias no resonantes. El periodo de resonancia en la cabezada puede ser ajustado, por ejemplo, bombeando lastre hacia fuera y hacia dentro de un depósito. Esto hará posible ajustar el centro de gravedad de la plataforma y/o la tensión en la sujeción. La tensión de la sujeción afectará al periodo de resonancia del sistema.

A bajas velocidades del viento en particular, cuando la producción de potencia nominal de la turbina no se consigue solamente con el viento, la interacción con las olas inducirá una producción adicional de energía.

A altas velocidades del viento (y correspondientemente, olas altas) será posible ajustar el periodo natural del sistema para evitar la resonancia y por tanto reducir el movimiento. Esto hará posible también reducir las cargas máximas en el sistema.

La presente invención será descrita con más detalles en lo que sigue, utilizando ejemplos y con referencia a las figuras, donde:

La figura 1 muestra un simple diagrama esquemático de una turbina eólica de la técnica anterior colocada en el lecho marino.

La figura 2 muestra un simple diagrama esquemático de la técnica anterior, de una turbina eólica flotante amarrada el lecho marino.

La figura 3 muestra un simple diagrama esquemático de una turbina eólica, de acuerdo con la presente invención, que está libre para moverse con movimientos de balanceo y cabezada.

Las figuras 4 - 7 muestran diversas curvas asociadas con la salida de la turbina eólica, con y sin el efecto de las olas, basadas en cálculos teóricos.

Una turbina eólica 1 comprende, en un bosquejo aproximado como se ilustra en las figuras 1 - 3, una turbina eólica 2 conectada a través de un eje (no ilustrado) a un generador 3, el cual está montado giratoriamente sobre una torre 4, y una estructura 5, 6 de soporte, sobre la cual está montada la torre. La figura 1 muestra una turbina eólica tradicional en la cual la torre 4 está montada sobre una estructura fija 5 sobre el lecho marino, mientras que la figura 2 muestra una turbina eólica similar tradicional en la cual la torre está montada sobre un dispositivo flotante o boya sumergida 6, que está anclada al lecho marino a través de las líneas 7 de amarre y tiene, consecuentemente, movimientos muy pequeños.

Como se ha indicado anteriormente, la presente invención está basada en la teoría de que el basamento tiene permitido tener una flotabilidad positiva y se acepta un movimiento relativamente alto en el plano horizontal, los amarres pueden hacerse más sencillos y la estructura probablemente menos costosa, al tiempo que ofrece el potencial de un aumento de la producción de energía. En particular, tal solución será capaz de producir una mayor salida en situaciones con viento moderado. SI se supone que las olas vienen generalmente... [Seguir leyendo]

1. Un método de instalación de una turbina eólica mar adentro, comprendiendo la turbina eólica (2) unas aspas conectadas a través de un eje a un generador (3) , que está montado giratoriamente sobre una torre (4) , y un basamento debajo de la torre en forma de flotador o casco (6) sobre el cual está montada la torre (4) , comprendiendo el método:

anclar el flotador (6) por medio de una línea de anclaje, sujeción o conexión (7) al lecho marino, de manera que flote libremente;

caracterizado por que el método comprende además:

ajustar el periodo de resonancia de la turbina eólica ajustando el centro de gravedad de la turbina eólica y/o la tensión de la línea de anclaje, sujeción o conexión (7) , de manera que la turbina eólica oscile en resonancia con las olas;

por lo que, como consecuencia del efecto de las olas sobre el flotador, el movimiento de la turbina eólica (2) actúa como mecanismo de amortiguación sobre el movimiento y por tanto extrae energía de las olas.

2. Un método como se reivindica en la reivindicación 1, que comprende además el ajuste del periodo de resonancia de la turbina eólica en la cabezada, bombeando lastre hacia fuera y hacia dentro de un depósito en el flotador (6) .

3. Un método como se reivindica en la reivindicación 1, que comprende además el ajuste del periodo de resonancia de la turbina eólica en la cabezada, desplazando líquido o lastre sólido verticalmente en el flotador (6) o torre (4) .

4. Un método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además el control de la cabezada de las aspas de la turbina eólica, para conseguir un efecto amortiguador deseado y extraer con ello energía de las olas.

5. Una turbina eólica mar adentro, que comprende:

un rotor (2) de la turbina eólica conectado a través de un eje a un generador (3) , que está giratoriamente montado sobre una torre (4) ;

un basamento por debajo de la torre en forma de flotador (6) , sobre el cual está montada la torre (4) ; y

una línea de anclaje, conexión o sujeción (7) , conectada al flotador de manera que el flotador puede desplazarse libremente en el plano vertical;

caracterizado por que se ajusta el centro de gravedad de la turbina eólica y/o la tensión de la línea de anclaje, conexión o sujeción (7) para ajustar el periodo de resonancia de la turbina eólica, de manera que la turbina eólica oscila en resonancia con las olas; y

por lo que, como consecuencia del efecto de las olas sobre el flotador, el movimiento de la turbina eólica actúa como mecanismo de amortiguación sobre el movimiento y por tanto se capaz de extraer energía de las olas.

6. Una turbina eólica mar adentro, como se reivindica en la reivindicación 5, en la que el flotador comprende un depósito, y el periodo de resonancia de la turbina eólica en la cabezada puede ser ajustado bombeando lastre hacia dentro y hacia fuera del depósito.

7. Una turbina eólica mar adentro, como se reivindica en la reivindicación 5, que comprende además lastre líquido o sólido dispuesto en el flotador o en la torre, donde el periodo de resonancia de la turbina eólica puede ajustarse desplazando el lastre líquido o sólido verticalmente en el flotador (6) o en la torre (4) .

8. Una turbina eólica mar adentro, como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 5 o 7, en la que las aspas del rotor de la turbina eólica pueden ser ajustadas con el fin de controlar la cabezada de las aspas.