Convertidor de energía eólica, método y uso del mismo.

Convertidor de energía eólica (7) que comprende

una turbina eólica (1),

una cimentación de turbina eólica (6), y

medios de control de temperatura (10) para controlar la temperatura de una o más zonas (23) de dichaturbina eólica (1), incluyendo dichos medios de control de temperatura (10) medios para intercambiar calor (16) caracterizado por que

dichos medios para intercambiar calor (16) están colocados en el terreno (9) fuera de dicha cimentación (6).

Convertidor de energía eólica, método y uso del mismo Antecedentes de la invención La invención se refiere a un convertidor de energía eólica según el preámbulo de la reivindicación 1, a un método para controlar la temperatura de una o más zonas de un convertidor de energía eólica y al uso del mismo.

Descripción de la técnica relacionada Un convertidor de energía eólica moderno conocido en la técnica comprende una turbina eólica situada sobre y conectada de manera rígida a una cimentación. La turbina eólica comprende una torre y una góndola de turbina eólica colocada encima de la torre. Un rotor de turbina eólica, que comprende una o más palas de turbina eólica, está conectado a la góndola a través de un árbol de baja velocidad, que se extiende fuera de la parte frontal de la góndola.

Controlar la temperatura de componentes eléctricos y mecánicos (particularmente durante el funcionamiento de los componentes) ha sido siempre un problema y especialmente dentro de la técnica de convertidores de energía eólica, este problema ha sido profundo. A menudo el mismo tipo de convertidor de energía eólica tiene que poder funcionar en zonas del mundo tanto extremadamente calientes como extremadamente frías, lo que impone grandes demandas sobre el sistema de convertidores de energía eólica controlar la temperatura especialmente de componentes de turbina eólica tales como engranaje, generador, equipo de manipulación de energía eléctrica, cojinetes y otros.

Aunque las turbinas eólicas modernas a menudo son cada vez más eficientes en convertir la rotación del rotor de turbina eólica en energía eléctrica, el proceso siempre dará como resultado que algo de la energía se convierta en calor en algunos de los componentes de turbina eólica.

Este exceso de calor debe extraerse de los componentes para proteger los componentes y para que funcionen apropiadamente. Tradicionalmente, esto se ha realizado por medio de uno o más sistemas de refrigeración, que mediante un medio de refrigeración pueden transportar el calor de los componentes a un radiador, que puede despedir el calor al aire fuera de la turbina eólica y/o creando un flujo de aire procedente de fuera de la turbina eólica que pasa por los componentes.

Sin embargo, la calidad del aire exterior es difícil de controlar en temperatura, humedad, pureza y otros. Además, las turbinas eólicas modernas se hacen cada vez más grandes en cuanto a energía eléctrica de salida y, de ese modo, a menudo también en cuanto a producción de exceso de calor y esto junto con el hecho de que el aire es un conductor de calor relativamente malo, hacen que estos tipos de sistemas de refrigeración sean muy grandes, costosos y pesados.

Aún adicionalmente, el hecho de que la temperatura del aire fuera de la turbina eólica varía mucho de un sitio a otro, entre el día y la noche y de una estación a otra (en casos extremos desde -30º a +50º centígrados) dará como resultado en algunos casos convertidores de energía eólica con un sistema de refrigeración costoso y sobredimensionado. Este problema podría evidentemente superarse adaptando el sistema de control de temperatura del convertidor de energía eólica al emplazamiento de montaje específico, pero sería difícil desde el punto de vista logístico, costoso y prolongaría el tiempo de entrega de los convertidores de energía eólica.

Otro modo de controlar la temperatura de componentes de turbina eólica se da a conocer en la patente estadounidense n.º US 6.676.122 B1, en la que el sistema de refrigeración enfría los componentes en la góndola y la torre haciendo circular aire dentro de la torre y la góndola, haciendo que disipe calor a través de la superficie de la torre y la góndola. Sin embargo un sistema de este tipo es tanto complejo como difícil de implementar y dado que los convertidores de energía eólica habitualmente producen la mayor parte de la energía eléctrica durante el día (debido a que hay más viento durante el día) , habitualmente también necesita la mayor parte de la refrigeración durante el día, cuando el sol y la temperatura ambiente calientan la superficie de la turbina eólica. Un sistema de este tipo tendrá que tener por tanto una capacidad de refrigeración muy grande para poder funcionar apropiadamente, haciendo que el sistema en sí sea muy grande y costoso.

En cuanto a los convertidores de energía eólica de alta mar, se conoce usar agua del mar para enfriar diferentes componentes de la turbina eólica, pero si el sistema de refrigeración es abierto existen graves problemas en cuanto a hielo, obstrucción, corrosión y otros, que son difíciles y caros de solucionar, y si el sistema es cerrado, por ejemplo, haciendo circular un medio de refrigeración a través de una manguera situada en el agua del mar, hay que solucionar los problemas de hielo, tormenta, crecimiento de vegetación y otros. Los problemas de ambos de estos sistemas son complicados y caros de superar e independientemente de cómo se haga, esta técnica sólo es viable en relación con convertidores de energía eólica de alta mar.

Otro modo de controlar la temperatura en una turbina eólica se da a conocer en el documento DE 10 2004 061 391 A1 en el que se hace pasar aire a través de canales de cable en la cimentación de turbina eólica para disminuir la temperatura del aire antes de usarlo para enfriar el equipo en la torre de una turbina eólica. Sin embargo este

sistema de refrigeración no es muy eficiente y contiene varios de los inconvenientes mencionados anteriormente tales como dificultades para controlar la calidad y otros.

Por tanto un objeto de la invención es proporcionar un convertidor de energía eólica sin las desventajas mencionadas anteriormente.

Especialmente un objeto de la invención es proporcionar una técnica rentable y ventajosa para controlar la temperatura de una o más zonas de un convertidor de energía eólica, particularmente en cuanto a dónde y cómo disipar exceso de calor y/o absorber calor necesario.

La invención La invención proporciona un convertidor de energía eólica que comprende una turbina eólica, una cimentación de turbina eólica y medios de control de temperatura para controlar la temperatura de una o más zonas de la turbina eólica. Los medios de control de temperatura incluyen medios para intercambiar calor. El convertidor de energía eólica está caracterizado porque los medios para intercambiar calor están colocados en el terreno fuera de la cimentación.

La temperatura del terreno que rodea la cimentación variará dentro de un intervalo relativamente pequeño y a una determinada profundidad la temperatura es sustancialmente constante por todo el mundo. Por tanto es ventajoso integrar los medios para intercambiar calor en el terreno fuera de la cimentación, porque este entorno es más predecible y constante.

En un aspecto de la invención, dichos medios de control de temperatura comprenden un fluido refrigerante para transportar calor hacia o desde dichas una o más zonas de dicha turbina eólica, una o más bombas para crear un flujo de dicho fluido refrigerante y uno o más sumideros de calor para evacuar calor procedente de o suministrar calor a dicho fluido refrigerante.

Crear un flujo de fluidos refrigerantes hacia o desde las zonas de la turbina eólica que necesitan calentamiento o refrigeración es un modo eficiente de transportar calor en un sistema de control de temperatura, particularmente a lo largo de distancias largas, como en un convertidor de energía eólica.

Ha de enfatizarse que por el término "sumidero de calor" debe entenderse cualquier tipo de estructura o dispositivo que absorbe o disipa calor.

En un aspecto de la invención, dichos medios para intercambiar calor son un sumidero de calor de dichos medios de control de temperatura.

Al hacer que los medios para intercambiar calor sean un sumidero de calor de los medios de control de temperatura, la parte de los medios de control de temperatura situada en el terreno que rodea la cimentación de turbina eólica pasa a ser un sumidero de calor de los medios de control de temperatura.

Esto es ventajoso porque el terreno que rodea la cimentación de turbina eólica tiene una capacidad calorífica enorme y porque es un conductor de calor relativamente bueno, haciendo que sea muy adecuado como ubicación de un sumidero de calor de los medios de control de temperatura de un convertidor de energía eólica, porque el terreno fuera de la cimentación presenta un entorno muy controlado, haciendo posible dimensionar el sistema de control de temperatura de manera muy exacta y garantizando que la capacidad de los sumideros de calor se mantiene a lo largo de toda la vida del convertidor... [Seguir leyendo]

1. Convertidor de energía eólica (7) que comprende una turbina eólica (1) ,

una cimentación de turbina eólica (6) , y

medios de control de temperatura (10) para controlar la temperatura de una o más zonas (23) de dicha turbina eólica (1) , incluyendo dichos medios de control de temperatura (10) medios para intercambiar calor

(16)

caracterizado por que dichos medios para intercambiar calor (16) están colocados en el terreno (9) fuera de dicha cimentación (6) .

2. Convertidor de energía eólica (7) según la reivindicación 1, en el que dichos medios de control de temperatura (10) comprenden un fluido refrigerante para transportar calor hacia o desde dichas una o más zonas (23) de dicha turbina eólica (1) , una o más bombas (17) para crear un flujo de dicho fluido refrigerante y uno o más sumideros de calor (21) para evacuar calor procedente de o suministrar calor a dicho fluido refrigerante.

3. Convertidor de energía eólica (7) según la reivindicación 1 ó 2, en el que dichos medios para intercambiar calor (16) son un sumidero de calor (21) de dichos medios de control de temperatura (10) .

4. Convertidor de energía eólica (7) según la reivindicación 2 ó 3, en el que dicho sumidero de calor (21) comprende medios para disipar la mayor parte del exceso de calor de dichas zonas (23) hacia dicho terreno (9) fuera de dicha cimentación (6) y/o dicho sumidero de calor (21) comprende medios para absorber la mayor parte del calor necesario de dichas zonas (23) desde dicho terreno (9) fuera de dicha cimentación (6) .

5. Convertidor de energía eólica (7) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de control de temperatura (10) comprenden uno o más conductos de fluido (22) para guiar un fluido refrigerante en y/o entre dichas una o más zonas (23) de dicha turbina eólica (1) y dicho terreno (9) fuera de dicha cimentación (6) .

6. Convertidor de energía eólica (7) según la reivindicación 5, en el que dichos uno o más conductos de fluido (22) están conformados como uno o más circuitos cerrados (28) que hacen circular dicho fluido refrigerante por dichos medios de control de temperatura (10) .

7. Convertidor de energía eólica (7) según la reivindicación 5 ó 6, en el que dicho terreno (9) fuera de dicha cimentación (6) comprende dos o más conductos de fluido separados (22) de dichos medios de control de temperatura (10) .

8. Convertidor de energía eólica (7) según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que dichos uno o más conductos de fluido (22) pasan sustancialmente por toda la longitud del interior de una torre de turbina eólica (2) de dicha turbina eólica (1) .

9. Convertidor de energía eólica (7) según cualquiera de las reivindicaciones 2, 5 ó 6, en el que dicho fluido refrigerante es un líquido tal como una disolución de anticongelante y agua, metanol, propilenglicol o acetato de potasio.

10. Convertidor de energía eólica (7) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho terreno (9) fuera de dicha cimentación (6) es el terreno que rodea inmediatamente dicha cimentación (6) .

11. Convertidor de energía eólica (7) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios para intercambiar calor (16) se extienden de manera sustancialmente vertical en el interior del terreno (9) bajo y/o alrededor de dicha turbina eólica (1) .

12. Convertidor de energía eólica (7) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios para intercambiar calor (16) se extienden de manera sustancialmente horizontal en el terreno (9) 45 inmediatamente alrededor de dicha cimentación (6) .

13. Convertidor de energía eólica (7) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios para intercambiar calor (16) se extienden de manera sustancialmente horizontal en el terreno (9) inmediatamente bajo dicha cimentación (6) .

14. Convertidor de energía eólica (7) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos 50 medios para intercambiar calor (16) están colocados en una o más zanjas (34) en el terreno (9) fuera de dicha cimentación (6) .

15. Convertidor de energía eólica (7) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios para intercambiar calor (16) están colocados a una profundidad entre la superficie de dicho terreno (9) fuera de dicha cimentación (6) y la profundidad de dicha cimentación (6) .

16. Convertidor de energía eólica (7) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichas una o más zonas (23) de dicha turbina eólica (1) son una góndola (3) de dicha turbina eólica (1) y/o uno o más componentes de turbina eólica (11) situados en dicha góndola (3) tales como un convertidor de energía eléctrica, un generador y/o una caja de engranajes.

17. Método para controlar la temperatura de una o más zonas (23) de un convertidor de energía eólica (7)

según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que dicho calor se disipa hacia o se absorbe por el terreno (9) fuera de una cimentación (6) de dicha turbina eólica (1) .

18. Uso de un método según la reivindicación 17 para controlar la temperatura de una o más zonas (23) de un convertidor de energía eólica (7) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16 en el que dicho convertidor de energía eólica (7) es terrestre.