Control de tempestad para turbina eólica de eje horizontal.

Una turbina eólica de eje horizontal (1), que comprende:

- un rotor (5) que tiene un cubo (7) y al menos dos o más palas (6);

- una góndola (3) para soportar de manera pivotante el rotor (5) por medio de un árbol rotativo (4)

- conectado al cubo (7);

- una torre (2) para soportar la góndola (3), y

- una unidad (12) de control de inclinación independiente, capaz de controlar de manera independiente los ángulos de inclinación de las palas (6), respectivamente,

- en la que la unidad (12) de control de inclinación independiente controla los ángulos de inclinación de manera que todas las palas (6) son llevadas a una posición de mínima oposición al viento en caso de una velocidad del viento no menor que un valor predeterminado, y a continuación controla los ángulos de inclinación de las palas individuales (6) de manera que sean invertidos secuencialmente uno a uno, por lo que todas las palas (6) son llevadas a una posición de mínima oposición al viento invertidas todas las palas, y seguidamente además, realiza el control de manera que la turbina eólica (1) funciona en marcha lenta en la posición de oposición al viento de todas las palas invertidas.

Control de tempestad para turbina eólica de eje horizontal Campo de la Invención La presente invención se refiere a una turbina eólica de eje horizontal y un método de control de marcha lenta de la misma y, en particular, se refiere a una turbina eólica de eje horizontal a favor del viento o con viento de cola y a un método de control de marcha lenta de la misma en caso de vendaval.

Descripción de la técnica relacionada Aunque hasta ahora se han puesto en uso práctico varios tipos de turbinas eólicas para la generación de energía del viento, un ejemplo representativo de turbinas eólicas generales, que se ha puesto en uso práctico comercialmente, es una turbina eólica de eje horizontal que comprende: un rotor en el que están unidas radialmente a un cubo al menos dos o más palas formadas de tal manera que la sección transversal de las palas es como un ala; una góndola que está conectada al cubo y que soporta de manera pivotante el rotor por medio de un árbol rotativo que se extiende en la dirección esencialmente horizontal; y una torre que está instalada en la dirección esencialmente vertical y que soporta la góndola de manera rotativa. La turbina eólica general de eje horizontal comprende además: una unidad de accionamiento de guiñada capaz del control total de accionamiento del movimiento de guiñada, que es el movimiento rotativo de la góndola; un freno de guiñada para frenar el movimiento de guiñada; y un freno del árbol rotativo para frenar la rotación del rotor.

El documento GB 2123488 da a conocer un rotor a favor de viento con inclinación estática de la palas y inclinación adicional para posibilidad de oposición normal al viento en caso de fuertes vientos.

Como para una turbina eólica de eje horizontal a favor del viento, que es una de dichas turbinas eólicas de eje horizontal, un rotor está configurado de manera que se sitúa en el lado a favor del viento de una torre y es hecho girar por la fuerza del viento capturado por las palas, y la fuerza de rotación es transmitida al árbol rotativo para activar un generador conectado al árbol rotativo y generar electricidad. Una turbina eólica de eje horizontal configurada de manera que sea capaz de generar electricidad por la rotación de un rotor situado en lado de cara al viento o contra-viento de una torre se denomina de un tipo de cara el viento, y se ha puesto en uso práctico como una turbina eólica comercial.

Aquí, la producción de electricidad por debajo de la potencia nominal es aproximadamente proporcional al cuadrado del radio del rotor (longitud de pala) de una turbina eólica de eje horizontal. Por ejemplo, aunque una turbina eólica de eje horizontal que tiene palas de una longitud de "20 m" tiene una potencia nominal de "500 kW", una turbina eólica de eje horizontal que tiene palas de una longitud de "40 m" tiene una potencia nominal de "2000 kW" y puede responder a una fuerte demanda de potencia eléctrica. Por lo tanto, está siendo aumentado actualmente el tamaño de una turbina eólica de eje horizontal.

Junto con tal aumento del tamaño de una turbina eólica, tiende a actuar una fuerza mayor sobre la raíz de la pala y la parte superior de la torre. Aunque resultan estrictas las condiciones de carga en el diseño de una turbina eólica, es importante intentar mejorar la fiabilidad, el peso de la guarnición y reducir los costes. Se desea la reducción de las cargas aerodinámicas mediante en método racional.

La resistencia de diseño de una tal turbina eólica es afectado en gran medida, por ejemplo, por una captura de carga en circunstancias en las que la turbina eólica es expuesta a un vendaval, tal como un tifón.

Se han puesto en uso práctico las turbinas eólicas de eje horizontal en las que el ángulo de inclinación formado por el plano del rotor y la cuerda seccional de la pala puede ser controlado independientemente para cada pala. El método de control de marcha lenta adoptado para las turbina eólica de eje horizontal es ponerse en marcha lenta mientras se reduce la carga de vendaval sobre la torre y evitar que la velocidad del rotor aumente excesivamente mediante el control del accionamiento de la dirección de la góndola en el plano horizontal (al que se hace referencia en lo que sigue como control de guiñada) para disponer el plano de rotación del rotor de modo que resulte vertical a la dirección del viento y manteniendo la posición de mínima oposición al viento o de pérdida aerodinámica (full feather position) , en la que las palas son paralelas a la dirección del viento, por medio de motores o actuadores hidráulicos en caso de vendaval.

Sin embargo, el control de la dirección del rotor o de un ángulo de inclinación según sea necesario en respuesta al cambio de la dirección del viento mediante el control de la guiñada, el control de ángulo de inclinación o similares hasta que se calme el vendaval, no es necesariamente seguro bajo una situación en la que se corta la potencia eléctrica que se ha de suministrar para respectivos sistemas de control, debido a que se esperan los casos en los que es cortado el suministro de potencia eléctrica para la zona a causa del cese temporal del vendaval. Por lo tanto, esta turbina eólica de eje horizontal requiere resistencia de diseño teniendo en consideración la peor situación en la que ocurra vendaval y cese temporal.

En general, una turbina eólica de eje horizontal a favor del viento tiene una característica de turbina eólica de que el rotor es dispuesto pasivamente en el lado a favor del viento por medio de momento de guiñada generado en el rotor por un viento de costado o viento variable sin ningún controlador especial. Por lo tanto, en una turbina eólica de eje horizontal anterior a favor del viento, ese movimiento de guiñada de la góndola es liberado sin ningún freno de guiñada de inhibición o debilitamiento, el rotor es siempre barrido a favor del viento y la carga que actúa sobre las raíces de las palas y la torre es liberada cuando la turbina eólica captura un viento de costado o un viento oblicuo.

Así mismo, una turbina eólica de eje horizontal anterior con viento de cara está configurada de manera que la carga máxima sobre las palas y la parte superior de la torre puede ser reducida fijando la dirección del rotor mediante el freno de guiñada, y además, en caso de una turbina eólica capaz de mínima oposición al viento, haciendo girar libremente el rotor. En caso de una turbina eólica incapaz de mínima oposición al viento, la turbina eólica está configurada de manera que funciona en marcha lenta con el árbol rotativo fijado por el freno.

Además, ha sido desarrollada una turbina eólica de eje horizontal de cara al viento. La turbina de cara al viento está configurada de manera que el rotor es barrido a favor del viento y la carga sobre la torre puede ser reducida en caso de vendaval mediante el giro de la góndola y mantenimiento por medio del freno de guiñada después de asegurar la mínima oposición al viento. Por ejemplo, véase Masaaki Shibata y Yoshiyuki Hayashi "Nuevo concepto para la reducción de carga de diseño (Sekkei kajuu teigen no tame no shinkonseputo", Simposio de Utilización de Energía del Viento, 20 de nov. de 2003, páginas 225-227) .

Sin embargo, existe el problema de que no se puede obtener un efecto significativo para reducir las cargas sobre las palas mientras la carga sobre la parte superior de la torre puede ser reducida en una turbina eólica de eje horizontal de acuerdo con el desarrollo anterior de más arriba, en comparación con la turbina eólica de eje horizontal anterior de cara al viento, en caso de vendaval.

Igualmente, en la turbina eólica de eje horizontal de cara al viento, mostrada en el documento anteriormente citado, la carga sobre las palas resulta mínima con el plano de rotación del rotor vuelto de cara al viento (0/360 grados) . En el curso del giro de la góndola a favor del viento (180 grados) donde la carga es segundo mínimo, la carga máxima actúa alrededor de + 30 grados, por lo que se requiere fuerte resistencia de diseño. Por lo tanto, a la vista de la rentabilidad y los costes, el desarrollo no es necesariamente suficiente.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Un problema de la presente invención es proporcionar una turbina eólica de eje horizontal capaz de reducir la carga de diseño de las palas en situación de vendaval.

Con el fin de resolver el problema anteriormente descrito, de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, una turbina eólica de eje horizontal comprende:

un rotor que tiene un cubo y al menos dos o más palas; una góndola para soportar de manera pivotante el rotor por medio de un árbol rotativo conectado al cubo; una torre que soporta la góndola; y una unidad... [Seguir leyendo]

1. Una turbina eólica de eje horizontal (1) , que comprende:

-un rotor (5) que tiene un cubo (7) y al menos dos o más palas (6) ; -una góndola (3) para soportar de manera pivotante el rotor (5) por medio de un árbol rotativo (4) -conectado al cubo (7) ; -una torre (2) para soportar la góndola (3) , y -una unidad (12) de control de inclinación independiente, capaz de controlar de manera independiente los ángulos de inclinación de las palas (6) , respectivamente, -en la que la unidad (12) de control de inclinación independiente controla los ángulos de inclinación de manera que todas las palas (6) son llevadas a una posición de mínima oposición al viento en caso de una velocidad del viento no menor que un valor predeterminado, y a continuación controla los ángulos de inclinación de las palas individuales (6) de manera que sean invertidos secuencialmente uno a uno, por lo que todas las palas (6) son llevadas a una posición de mínima oposición al viento invertidas todas las palas, y seguidamente además, realiza el control de manera que la turbina eólica (1) funciona en marcha lenta en la posición de oposición al viento de todas las palas invertidas.

2. Un método de funcionamiento en marcha lenta de una turbina eólica de eje horizontal a favor del viento, que 20 comprende los siguientes pasos:

- mantener los ángulos de inclinación de todas las palas (6) en una posición de mínima oposición al viento, en la que las palas (6) son paralelas a una dirección del viento en el caso de una velocidad del viento no menor que un valor predeterminado;

-invertir secuencialmente los ángulos de inclinación de las palas individuales (6) una a una después del mantenimiento, con lo que todas las palas (6) son llevadas a una posición de mínima oposición al viento en la inversión de todas las palas; y -mantener los ángulos de inclinación de todas las palas (6) en la posición de mínima oposición al viento en la inversión de todas las palas.