Sistema de velocidad de paso controlada.

Una turbina eólica (100) que tiene un rotor con una primera pala (140) del rotor que tiene un eje longitudinal y un sistema (200,

300) de control del paso con un primer sistema (210, 310) de accionamiento operable en un modo activo para generar una fuerza para ajustar un ángulo de paso de la primera pala del rotor, en la que el primer sistema (210, 310) de accionamiento es operable, además, en un modo pasivo en el que el sistema (210, 310) de accionamiento ejerce un par de contratorsión contra la dirección de giro, haciéndose girar la pala (140) del rotor por medio de otra fuerza distinta de la fuerza del sistema (210, 310) de accionamiento, y en la que el sistema (200, 300) de control del paso está adaptado para variar el par de contratorsión del sistema (210, 310) de accionamiento para controlar la velocidad angular del movimiento del paso de la primera pala (140).

Sistema de velocidad de paso controlada

La presente solicitud versa, en general, acerca de una turbina eólica que tiene un rotor con una primera pala del rotor y un sistema de control del paso. Además, la presente solicitud versa acerca de un controlador para controlar un ángulo de paso de al menos una pala del rotor de una turbina eólica. Finalmente, la presente solicitud versa acerca de un procedimiento de control de una velocidad de paso de una pala del rotor de una turbina eólica.

En caso de una situación de emergencia, por ejemplo la desconexión de la red de distribución eléctrica, se tiene que detener una turbina eólica tan rápido como sea posible. Por lo tanto, las palas del rotor de una turbina eólica son giradas desde una posición de trabajo hasta una posición en bandolera. Para este fin se utilizan sistemas de paso de emergencia. A menudo, no se controla la velocidad de rotación, dado que en muchas situaciones de emergencia un controlador del paso no recibe energía y, por lo tanto, no se encuentra en funcionamiento. La velocidad deseada para hacer girar la pala del rotor desde una posición operativa hasta una posición en bandolera es obtenida fundamentalmente para reducir la salida de energía tan rápido como sea posible, no para reducir las cargas de la turbina resultantes de esta acción. Por ejemplo, si se hacen girar demasiado rápido las palas del rotor desde la posición operativa hasta la posición de seguridad o en bandolera, el rotor sigue girando con una velocidad relativamente elevada cuando las palas del rotor son llevadas hasta la posición en bandolera. En este caso, se pueden crear fuerzas elevadas que aspiran el rotor en la dirección del viento, por lo que se puede dañar la turbina eólica. Por lo tanto, en turbinas eólicas antecedentes la velocidad de paso está fijada o limitada, de forma que se eviten tales fuerzas elevadas. Estas velocidades fijas de paso son normalmente muy reducidas, por ejemplo 8o por segundo. Dado que en el momento del diseño y de la construcción de la turbina eólica, no se conocen evidentemente las circunstancias de situaciones de emergencia, las velocidades fijas de paso son independientes de las condiciones del viento y satisfacen los escenarios del caso más desfavorable. Para limitar la velocidad de paso, los sistemas de paso de emergencia contienen a menudo un sistema de frenado de seguridad.

Otros sistemas conocidos de paso de emergencia están dotados de dispositivos de almacenamiento de energía, por ejemplo, acumuladores, baterías o condensadores. Los dispositivos de almacenamiento de energía alimentan el controlador del paso durante una interrupción del servicio de la red de distribución eléctrica y permiten una rotación de la pala del rotor desde la posición operativa hasta la posición en bandolera. Si se utilizan acumuladores o condensadores, son cargados durante una operación normal de la turbina eólica.

Además, realizaciones específicas de sistemas conocidos de emergencia tienen una conexión eléctrica directa entre los dispositivos de almacenamiento de energía y un motor de paso que acciona la pala del rotor. En este caso la velocidad de paso no está controlada dado que la velocidad del sistema de paso depende del par de contratorsión que tiene que superar y el estado de carga de almacenamiento de energía/rendimiento del dispositivo de almacenamiento de energía, por ejemplo la batería o el acumulador.

El documento EP 1 707 807 da a conocer procedimientos y aparatos para una conversión de energía de control del paso en un generador de turbina eólica.

El documento DE 197 20 025 describe un accionador para colocar angularmente las palas del rotor en centrales de energía eólica.

Sin embargo, se definen diversos aspectos y realizaciones de la presente invención por medio de las reivindicaciones adjuntas.

Según la presente solicitud, el paso de una pala del rotor de una turbina eólica es una rotación de la pala del rotor en torno a su eje longitudinal.

Son evidentes diversos aspectos, ventajas y características de la presente invención a partir de las reivindicaciones dependientes, la descripción y los dibujos adjuntos, en los que:

La Fig. 1 ilustra una turbina eólica;

la Fig. 2 ilustra de forma esquemática distintos ángulos de paso de una pala del rotor de una turbina eólica; la Fig. 3 ilustra de forma esquemática un sistema de control del paso según una realización de la presente invención; y

la Fig. 4 ilustra de forma esquemática un sistema de control del paso de una realización adicional.

Se hará referencia ahora en detalle a las diversas realizaciones de la invención, de las cuales se ilustran uno o más ejemplos en las figuras. Se proporciona cada ejemplo a modo de explicación de la invención, y no se pretende que sea una limitación de la invención. Por ejemplo, se pueden utilizar las características ilustradas o descritas como parte de una realización en otras realizaciones, o junto con las mismas, para producir una realización adicional. Se concibe que la presente invención incluya tales modificaciones y variaciones.

La Fig. 1 muestra una turbina eólica 100 con una torre 110, una góndola 120, un cubo 130 conectado a la góndola 120 y un rotor con tres palas 140 del rotor. La góndola 120 está montada en la torre 110 de la turbina eólica 100 y puede ser girada en torno a un eje vertical para colocar el rotor en una posición óptima con respecto al viento. Las palas 140 del rotor están conectadas al cubo. La turbina eólica 100 también puede incluir menos o más palas 140 del rotor, por ejemplo una única pala del rotor, dos palas del rotor o cuatro o más palas 140 del rotor. El rotor eólico de la turbina eólica incluye las palas 140 del rotor y el cubo 130. Hay dispuesto un generador (no mostrado) en la góndola. El generador está conectado al cubo 130 directamente o por medio de una caja de engranajes. La turbina eólica 100 funciona como sigue para transformar energía cinética del viento en energía eléctrica: el viento es un flujo de aire que incide sobre las palas 140 de rotor del rotor y obliga al rotor a girar en torno a su eje horizontal. Esta rotación es transferida al generador que transforma la rotación mecánica en una corriente eléctrica. La corriente eléctrica es suministrada a la red de distribución eléctrica o red eléctrica.

Cada pala 140 del rotor es giratoria en torno a su eje longitudinal para colocar las palas 140 del rotor con un ángulo específico de paso. La rotación máxima en torno al eje longitudinal de la pala durante la operación de la turbina eólica define un intervalo de paso de la pala 140 del rotor. En la Fig. 2, se muestran cuatro ángulos distintos de paso. En una posición A de 0o, se coloca la pala 140 del rotor de forma que presente sustentación, una componente de la cual acciona el rotor. La sustentación depende de la dirección relativa del viento, que es la dirección resultante del viento y del flujo de aire debida a la rotación del rotor. La sustentación es siempre perpendicular a la dirección relativa del viento. Una segunda posición operativa es la posición B. Es decir, se escoge la posición de la pala 140 del rotor para limitar la sustentación y, por lo tanto, limitar el par y el empuje. La posición operativa B puede variar dependiendo de las condiciones del viento. En la posición operativa B, el viento imparte un par sobre el rotor, de forma que el rotor gira en la dirección T de rotación. Por lo tanto, en las posiciones operativas A y B, la energía cinética del viento es transformada en energía de rotación. El generador transforma la energía de rotación en energía eléctrica que es suministrada luego a la red de distribución eléctrica. Bajo algunas condiciones, la posición de 0o también puede ser una posición operativa. Además, se puede girar la pala 140 del rotor hasta una posición D en bandolera. En la posición D en bandolera, se reduce la velocidad del rotor debido a una resistencia aerodinámica elevada de la pala en la dirección T de rotación. Se debe hacer notar que la posición D en bandolera también puede tener otra posición distinta de una posición de exactamente 90°. En la posición D en bandolera la pala 140 del rotor no crea ninguna energía de rotación debido a las fuerzas aerodinámicas creadas por un viento entrante. Además, la posición de 90° puede ser distinta de la posición en la que no se produce par sobre el rotor, lo que tendrá como resultado una velocidad de inactividad de 0 rpm (ningún movimiento). La diferencia entre las dos posiciones puede ser del orden de 0o a 5o. De hecho, la posición en bandolera es la posición en la que la pala 140 del rotor tiene que ser girada en casos de situaciones de parada de emergencia. Por lo tanto,... [Seguir leyendo]

1. Una turbina eólica (100) que tiene un rotor con una primera pala (140) del rotor que tiene un eje longitudinal y un sistema (200, 300) de control del paso con un primer sistema (210, 310) de accionamiento operable en un modo activo para generar una fuerza para ajustar un ángulo de paso de la primera pala del rotor, en la que el primer sistema (210, 310) de accionamiento es operable, además, en un modo pasivo en el que el sistema (210, 310) de accionamiento ejerce un par de contratorsión contra la dirección de giro, haciéndose girar la pala (140) del rotor por medio de otra fuerza distinta de la fuerza del sistema (210, 310) de accionamiento, y en la que el sistema (200, 300) de control del paso está adaptado para variar el par de contratorsión del sistema (210, 310) de accionamiento para controlar la velocidad angular del movimiento del paso de la primera pala (140).

2. La turbina eólica según la reivindicación 1, en la que el sistema de accionamiento es un motor (210), estando adaptado el motor (210) para ser operado como un generador eléctrico para generar una corriente eléctrica.

3. La turbina eólica según la reivindicación 2, en la que el sistema de control del paso comprende un controlador

(220) para controlar dicho ángulo de paso, en la que dicho sistema (200) de control del paso está adaptado de

forma que una corriente generada por el primer motor eléctrico (210) cuando es operado como un generador es suministrada al controlador del sistema de control del paso, a una carga de volcado, de forma que la corriente generada por el primer motor pueda ser descargada en la carga de volcado, a un dispositivo (230) de almacenamiento de energía eléctrica o a una red de distribución eléctrica.

4. La turbina eólica según una de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el rotor comprende, además, una segunda

pala (140) del rotor y el sistema (200, 300) de control del paso comprende un segundo sistema de

accionamiento para ajustar un ángulo de paso de la segunda pala del rotor, en la que el sistema (200, 300) de control del paso está adaptado, además, para suministrar la energía generada por el primer sistema de accionamiento cuando es accionado por la pala del rotor, al segundo sistema de accionamiento del mismo tipo.

5. La turbina eólica según una de las reivindicaciones 1 a 4, en la que la primera pala (140) está conectada a un resorte (240, 320) adaptado para hacer girar la primera pala del rotor en tomo a su eje longitudinal.

6. La turbina eólica según la reivindicación 5, en la que la primera pala (140) del rotor está adaptada para ser girada en torno a su eje longitudinal en un intervalo de paso desde una posición operativa (A, B) hasta una posición (D) en bandolera y viceversa, en la que el resorte (240) está dispuesto de forma que almacene energía mecánica cuando se haga girar la primera pala en una dirección desde la posición en bandolera hasta la posición operativa.

7. Un procedimiento de control de una velocidad de paso de una pala (140) del rotor de una turbina eólica (100), comprendiendo la turbina eólica al menos un sistema (210, 310) de accionamiento para ajustar un ángulo de paso de dicha pala del rotor, estando adaptado el sistema de accionamiento para operar en un modo activo, en el que el sistema de accionamiento genera una fuerza para hacer girar la pala del rotor en torno a su eje longitudinal, y en un modo pasivo, en el que el sistema de accionamiento ejerce un par de contratorsión contra la dirección de rotación, siendo girada la pala del rotor por otra fuerza distinta de la fuerza del sistema de accionamiento, en el que se controla la velocidad del paso al operar el sistema de accionamiento en dicho modo pasivo cuando se cambia el paso de la pala (140) del rotor desde una primera posición hasta una segunda posición, y controlando el par de contratorsión para controlar la velocidad angular de la pala del rotor en el movimiento de rotación.

8. El procedimiento según la reivindicación 7, en el que la velocidad de paso se controla dependiendo de una señal de un sensor (250).

9. El procedimiento según la reivindicación 7 u 8, en el que se mueve la pala (140) del rotor desde la primera posición hasta la segunda posición por medio del viento o por medio de un resorte (320).