Turbina eólica flotante.

Una turbina eólica flotante que comprende:

(i) una estructura de soporte principal (11) capaz de flotar en un cuerpo de agua;

(ii) un paso que se extiende a través de la estructura de soporte principal (11) desde un extremo superior de la estructura de soporte principal (11) a un extremo inferior de la estructura de soporte principal (11);

(iii) una pala de turbina (12) fijada a la estructura de soporte principal (11) y que se extiende hacia el viento, girando la pala de turbina (12) y la estructura de soporte principal (11) juntas por influencia del viento;

(iv) un generador eléctrico (15) sujeto a la estructura de soporte principal (11); y

(v) un árbol no giratorio (13) conectado al generador eléctrico (15) para que el giro de la estructura de soporte principal (11) produzca electricidad, caracterizado por que el árbol no giratorio (13) se extiende por toda la longitud del paso.

Turbina eólica flotante Campo de la invención

La presente invención se refiere generalmente a turbinas eólicas y, más específicamente, a una gran turbina eólica flotante sin caja de engranajes entre la turbina y el generador.

Antecedentes de la invención

Las turbinas eólicas se usan para convertir el viento en energía eléctrica usando el viento para accionar un árbol rotor que se conecta a un generador para producir electricidad. Las turbinas eólicas de eje horizontal se usan en tierra e incluso en el mar, en aguas poco profundas y en aguas profundas (más de 54 metros (18 pies)) para producir electricidad a partir del viento. Una turbina eólica de eje horizontal es la turbina eólica más popular en este momento e incluye normalmente tres grandes palas que se extienden desde un buje del rotor que está conectado directamente al árbol del rotor de la turbina. El árbol del rotor está conectado a un generador a través de una caja de engranajes para aumentar el giro desde aproximadamente 29 rpm para el rotor de la hélice a aproximadamente 1.2 rpm para el generador eléctrico. Todo esto se contiene dentro de una estructura de góndola que encierra el tren de potencia y se soporta en la parte superior de una gran torre que es más larga que la longitud de las palas.

Un grave problema con esta turbina eólica con palas de eje horizontal es que la caja de engranajes usada para aumentar los giros para su uso con el generador no dura mucho tiempo. La caja de engranajes es el principal factor limitativo para la vida de la turbina de eje horizontal.

Otro problema con la turbina eólica de eje horizontal es que el generador y la caja de engranajes deben situarse en altas elevaciones en la estructura de góndola que se encuentra en la parte superior de la torre. El acceso al tren de potencia requiere llevar piezas y personas hasta la parte superior de la torre.

Otro grave problema con esta turbina de eje horizontal es que las palas deben soportarse en el árbol del rotor mediante grandes cojinetes. Actualmente, la mayoría de las turbinas eólicas con palas de eje horizontal generan menos de 2,5 MW de potencia debido a los límites estructurales para sujetar las largas y pesadas palas al buje del rotor. Se han propuesto turbinas de mayor producción de potencia, tales como turbinas eólicas con palas de eje horizontal que generan 5 MW. Sin embargo, el tamaño de las palas es tan pesado que los cojinetes no pueden soportar esta carga durante mucho tiempo y estas turbinas se deterioran muy deprisa. Por lo tanto, se usan mayoritariamente turbinas eólicas más pequeñas que generan potencia en el intervalo de 1,5 MW a 2,5 MW ya que pueden funcionar durante periodos más largos de tiempos.

Las turbinas eólicas se están usando ahora en el mar donde la velocidad del viento es mayor y más sostenible que en tierra. Sin embargo, la turbina eólica marina debe soportarse en el agua y por tanto el coste para instalar y hacer funcionar estas turbinas eólicas marinas es mucho mayor que el de las turbinas terrestres. El viento marítimo es mayor en las regiones de aguas profundas con más de 54 metros (18 pies) de profundidad. Las turbinas eólicas marinas en aguas profundas deben soportarse en una plataforma flotante que se ancla normalmente al fondo del océano mediante tres o más cables. Una turbina eólica terrestre normal se sujeta a la plataforma flotante para suministrar la potencia para accionar el generador. De nuevo, al igual que en las limitaciones de la turbina eólica terrestre, debido a los cojinetes y al generador, estas turbinas eólicas marinas se limitan normalmente a tamaños de 1,5 MW o 2,5 MW.

Una gran turbina eólica, perteneciente a la Patente de Estados Unidos con N2 6.294.844 expedida a Lagerwey el 9 de septiembre de 21, muestra una plataforma flotante tal como una barcaza o un buque que soporta una estructura, soportando la estructura una pluralidad de perfiles alares eólicos. La invención de Lagerwey no usa un gran perfil alar, sino que hace uso de un número de perfiles alares más pequeños. Otro tipo de turbina eólica flotante se divulga en la Patente de Estados Unidos N2 3.988.592 expedida a Porter el 26 de octubre de 1976 y divulga una esfera flotante anclada a un fondo marino, llevando la esfera una turbina eólica de eje vertical. La turbina es pequeña y se soporta para que gire mediante cojinetes. Al igual que en la invención de Lagerwey mencionada anteriormente, la invención de Porter está limitada en cuanto al tamaño de la turbina eólica debido al uso de los cojinetes para el soporte giratorio.

Algunas invenciones de la técnica anterior hacen uso de una turbina flotante en la que la turbina está situada dentro del agua. La Patente de Estados Unidos N2 6.734.576 expedida a Pacheco el 11 de mayo de 24 divulga en una realización un generador flotante en el que la estructura giratoria se sumerge completamente dentro de la trayectoria de flujo del agua. La estructura se soporta mediante una barcaza flotante. Una realización adicional que se muestra en las Figuras 15 A y 15B muestra una turbina eólica vertical soportada giratoriamente mediante un buque flotante. En esta realización, se usan cojinetes para soportar la turbina giratoria y, por tanto, el tamaño y el peso de la turbina giratoria son limitados.

Además, el documento WO 3/16714 A1 divulga una turbina flotante de eje vertical para su instalación lejos de la costa, por ejemplo, en un lago o mar. Tal turbina eólica flotante de eje vertical para la instalación lejos de la costa comprende un conjunto de turbina abatible en una superficie de un cuerpo de agua, en el que el conjunto de turbina comprende una estructura giratoria por el viento que puede girar alrededor de un eje de rotación sustancialmente vertical y que comprende al menos una paleta radialmente separada del eje de rotación para que el viento actúe sobre ella, y un miembro de soporte anular y flotante para soportar la estructura giratoria por la acción del viento; y un dispositivo de extracción de energía acoplado a la estructura giratoria por el viento para extraer la energía generada por el giro de la misma. En comparación con dicha turbina flotante de eje vertical, la presente invención se diferencia en el generador y la estructura de soporte para que un árbol no giratorio pase a través de un paso en la estructura de soporte giratoria, permitiendo así la producción de electricidad mediante el generador debido al movimiento relativo entre la estructura de soporte giratoria y el árbol no giratorio.

Se divulga otra turbina eólica flotante en el documento EP 2 8 899 A1.

La Patente de Estados Unidos 7.397.144 expedida a los dos solicitantes de la presente invención el 8 de julio de 28 y titulada TURBINA EÓLICA FLOTANTE SIN COJINETES muestra una turbina eólica flotante con un diámetro de base muy grande para que la turbina eólica flotante se mantenga estable en el agua. La barcaza tiene una forma anular toroidal para reducir el arrastre viscoso de la barcaza que gira dentro del agua. Sin embargo, la barcaza requiere una gran área superficial de contacto en el agua para tener estabilidad.

En la técnica se necesita un dispositivo de rotación más grande que pueda capturar una gran cantidad de viento para generar una gran cantidad de potencia eléctrica. En la técnica se necesitan también turbinas eólicas marinas para eliminar la necesidad de una caja de engranajes para accionar el generador eléctrico. Se necesita también eliminar el uso de cojinetes para soportar las grandes palas del rotor. Se necesita también eliminar el uso de una torre que soporte el tren de potencia de la turbina eólica.

Sumario de la invención

Es un objetivo de la presente invención proporcionar una gran turbina eólica que no necesite cojinetes para soportar la principal estructura de perfil alar.

Es otro objetivo de la presente invención proporcionar una turbina eólica flotante que no necesite una caja de engranajes.

Es otro objetivo de la presente invención proporcionar una gran turbina eólica que permita el uso de un generador de accionamiento directo de gran diámetro con la turbina eólica.

Es otro objetivo de la presente invención proporcionar una gran turbina eólica en la que el tren de accionamiento esté situado en la base de la turbina eólica en lugar de en la parte superior de una torre para que el mantenimiento y las inspecciones sean más sencillos.

Es otro objetivo de la presente invención proporcionar una turbina eólica flotante de eje vertical con un método para arrancar y parar el giro de la turbina.

Los objetivos anteriores y más se logran con la turbina eólica flotante de la presente invención que usa un rotor de tipo Darrieus con un eje vertical de rotación. El rotor... [Seguir leyendo]

1. Una turbina eólica flotante que comprende:

(i) una estructura de soporte principal (11) capaz de flotar en un cuerpo de agua;

(ii) un paso que se extiende a través de la estructura de soporte principal (11) desde un extremo superior de la estructura de soporte principal (11) a un extremo inferior de la estructura de soporte principal (11);

(iii) una pala de turbina (12) fijada a la estructura de soporte principal (11) y que se extiende hacia el viento, girando la pala de turbina (12) y la estructura de soporte principal (11) juntas por influencia del viento;

(iv) un generador eléctrico (15) sujeto a la estructura de soporte principal (11); y

(v) un árbol no giratorio (13) conectado al generador eléctrico (15) para que el giro de la estructura de soporte principal (11) produzca electricidad, caracterizado por que el árbol no giratorio (13) se extiende por toda la longitud del paso.

2. El aerogenerador flotante de la reivindicación 1, y que además comprende:

la pala de turbina (12) es una pala de turbina de eje vertical.

3. La turbina eólica flotante de la reivindicación 1, y que además comprende:

el generador eléctrico (15) es un generador de eje vertical.

4. La turbina eólica flotante de la reivindicación 3, y que además comprende:

el generador eléctrico de eje vertical es un generador de accionamiento directo.

5. La turbina eólica flotante de la reivindicación 4, y que además comprende :

el generador de accionamiento directo es un generador eléctrico magnético permanente.

6. La turbina eólica flotante de la reivindicación 3, y que además comprende:

el generador eléctrico de eje vertical se sujeta a una superficie superior de la estructura de soporte principal (11).

7. La turbina eólica flotante de la reivindicación 1, y que además comprende:

un extremo inferior del árbol no giratorio (13) está conectado a un cable de ancla (23, 24) para evitar que el aerogenerador flotante vaya a la deriva dentro de un cuerpo de agua.

8. La turbina eólica flotante de la reivindicación 1, y que además comprende:

el árbol no giratorio (13) es un árbol hueco; y, una línea eléctrica que lleva electricidad generada mediante el generador eléctrico pasa a través del árbol no giratorio (13).

9. La turbina eólica flotante de la reivindicación 1, y que además comprende:

el soporte flotante principal (11) comprende una sección intermedia estrecha, una sección superior (18) ancha y una sección inferior (19) redondeada de manera que un centro de flotabilidad esté situado por encima de un centro de gravedad para la turbina eólica flotante.

1. La turbina eólica flotante de la reivindicación 2, y que además comprende:

la pala de turbina de eje vertical incluye una pluralidad de palas de eje vertical; y, un cable (16) se extiende desde una pala a otra pala para evitar que las palas se desvíen.

11. La turbina eólica flotante de la reivindicación 2, y que además comprende:

la pala de turbina de eje vertical comprende una viga rígida en I (31) y una superficie de perfil alar (32) sujeta a la viga rígida en I (31).

12. La turbina eólica flotante de la reivindicación 11, y que además comprende:

la pala de turbina de eje vertical tiene forma en sección transversal de perfil alar Fogleman.