ES2214801T3 - Procedimiento para el funcionamiento de una central de energia eolica en alta mar. - Google Patents
Procedimiento para el funcionamiento de una central de energia eolica en alta mar.Info
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Abstract
Procedimiento para el funcionamiento de una central de energía eólica en alta mar, que va provista de un dispositivo para la toma de las cargas de viento que actúan sobre el rotor, caracterizado por - registrar la intensidad del viento que actúa sobre las palas del rotor, - registrar la altura de las olas que se mueven hacia la central de energía eólica, - calcular la carga total que se obtiene de la carga del viento y de la carga de las olas y que absorbe la cimentación, y - provocar una toma reductora de la carga sobre el rotor cuando la carga total esperada cuando llega la ola a la torre supera una carga límite.
Description
Procedimiento para el funcionamiento de una
central de energía eólica en alta mar.
La invención se refiere a un procedimiento para
el funcionamiento de una central de energía eólica en alta mar, que
va provista de un dispositivo para la toma de las cargas de viento
que actúan sobre el rotor.
Esta toma puede producirse, por ejemplo,
modificando el ángulo de ataque de las palas del rotor, pudiendo ser
imaginables ambas direcciones, ya sea en la "dirección Stall"
(aumento del ángulo de ataque), modificando el ángulo de ataque de
tal modo que el rotor se frene, o en la "dirección Pitch"
(reducción del ángulo de ataque). También es imaginable una toma más
amplia que frene al rotor en su movimiento general, lo mismo que una
desconexión en el caso de una central Stall pasiva (eventualmente
con el accionamiento adicional de un freno).
En las centrales de energía eólica en alta mar,
lo mismo que en otras instalaciones eólicas, la aparición de grandes
golpes de viento se compensa mediante la correspondiente "retirada
del viento" de las palas del rotor de la central eólica. También
los vientos de excesiva intensidad permanentes pueden compensarse de
esta manera y no se produce entonces un rápido movimiento
incontrolado del rotor.
En especial los cimientos de las centrales de
energía eólica en alta mar situados en el fondo marino se ven
sometidos, además de a las cargas del deshielo y de las corrientes,
esencialmente también a las cargas procedentes de la fuerza del
viento y de las olas. Para ello se dimensiona sobre todo la parte de
la cimentación según la aparición combinada de cargas máximas de
viento en funcionamiento y las posibles cargas máximas de las
olas.
La frecuencia de una cierta carga para la carga
de viento y olas está sometida a una distribución estadística. La
carga máxima para la obra se obtiene para el caso de superposición
de ambas funciones de probabilidad en el mismo instante.
La invención tiene como objetivo realizar en el
rotor del generador de energía eólica la carga combinada
estadísticamente máxima, que aparece registrando los parámetros
generadores de carga y un efecto reductor de carga correspondiente
para el período, de tal manera que puedan reducirse con ello los
costes de construcción, sobre todo para el elemento de construcción
de los cimientos.
Según la invención, esto se consigue registrando
los efectos externos sobre la central eólica mediante la
determinación permanente de la altura de las olas y la velocidad del
viento, o las magnitudes de carga resultantes.
Debido a los valores medios calculados y a las
distribuciones de frecuencia estadística conocidas de las magnitudes
de carga, dependiendo de la situación dada se puede reducir de
manera activa la carga del viento sobre la central eólica. Esto
sucede en particular en las llamadas "centrales Stall",
desconectando la central, y en las llamadas "centrales Pitch",
reduciendo la potencia con ayuda de la regulación de las palas del
rotor. También es posible desplegar las puntas de las palas o
similares para reducir las cargas de los dispositivos previstos.
Estas medidas conducen a que la carga total
resultante de la central no supere las cargas de dimensionamiento.
Con ello pueden reducirse considerablemente los costes totales de la
central sin pérdidas de energía que sean dignas de mención.
Ventajosamente, un procedimiento de teledetección
registra las olas a alguna distancia de la central eólica para que
la instalación disponga de tiempo suficiente para poder influir
sobre la carga de viento.
Un procedimiento de detección por láser podría
consistir, por ejemplo, en la iluminación de las olas con láser y el
registro de la reflexión, o podrían instalarse alrededor de la
central eólica flotadores o, debajo del agua, sondas medidoras de
presión.
Es especialmente ventajoso que el procedimiento
de teledetección detecte dependiendo de la dirección del viento, de
tal manera que detecte en la dirección del viento fijo en la
barquilla de la central eólica.
Además, la velocidad de las olas que se mueven
hacia la central eólica puede calcularse por vía de cálculo a partir
de una pluralidad de dispositivos pertenecientes a las centrales
individuales de un parque de centrales conectadas entre sí, que
sirven para registrar la altura de las olas que se mueven hacia la
central eólica.
En especial, cuando los valores de la carga del
viento y de las olas calculada a lo largo de un cierto tiempo se
someten a una evaluación estadística, y se extrae una probabilidad
así calculada de alcanzar la carga límite para decidir sobre la
acción de la toma, pueden aplicarse todos los tipos imaginables de
tomas.
Más ventajas de la invención se deducen de la
siguiente descripción de un ejemplo de realización preferido de la
invención. En ella se muestra:
Fig. 1 representación esquemática de una central
eólica con las cargas del viento y de las olas que actúan sobre
ella, y
Fig. 2 una representación esquemática de un
dispositivo medidor de un sistema de medición fijo en la
barquilla.
La carga de viento reproducida en la Fig. 1 es
causada por la velocidad de la corriente de aire y el coeficiente de
resistencia, que determinan la fuerza de corriente que actúa desde
el exterior sobre la torre. No puede influirse sobre este efecto de
fuerza.
Igualmente, tampoco puede influirse en el efecto
de fuerza de las olas sobre la estructura, que depende mucho de la
altura de las olas. Sin embargo, es concebible prever un registro
directo de la fuerza actuante. También es posible, al registrar la
intensidad del viento, registrar, además de la velocidad del viento
que habitualmente se registra, también la densidad del aire (en
especial la humedad del aire).
Las cargas del rotor, que dependen de la
velocidad del viento, sólo pueden reducirse mediante una influencia
activa sobre el rotor para reducir de este modo el momento flexor
resultante en la sujeción de los cimientos al fondo marino, generado
de manera conjunta por las tres magnitudes de carga.
Mediante la reducción de la carga del rotor puede
influirse de manera significativa sobre el momento flexor, debido al
brazo de palanca especialmente grande, de tal manera que no se
supera la magnitud de carga total en la sujeción, incluso con las
alturas máximas que se dan con una carga de las olas elevada.
La fuerza del viento que actúa sobre la torre se
representa aproximadamente en el centro de gravedad superficial de
la torre 10 mediante una flecha con el rótulo F_{viento \ torre},
mientras que la fuerza que actúa sobre el rotor en el extremo de la
torre con una flecha con el rótulo F_{viento \ rotor}. La fuerza
de las olas 16 que surge en la sección inferior de la torre que
sobresale del fondo marino se simboliza mediante una flecha
dispuesta a la altura del nivel del mar con el rótulo F_{ola} y el
momento flexor en la pieza de cimentación mediante una flecha
curvada con el rótulo M_{cimientos}.
Las alturas de ola reinantes durante un
determinado período pueden registrarse durante ese tiempo en el que,
en caso de superarse un determinado valor límite, puede influirse
durante el tiempo futuro sobre el rotor hasta que las olas se
encuentren de nuevo en promedio por debajo del valor límite. Una
influencia a largo plazo de este tipo sobre el rotor puede
realizarse con facilidad.
Más difícil es cuando hay que reaccionar a olas
individuales, pues entonces debe producirse una influencia muy
rápida sobre el rotor (por ejemplo mediante una central Pitch) y un
registro de las olas dirigido en la dirección del viento que, sin
embargo, se consigue por ejemplo mediante una técnica de medición
por láser, en especial una en la que el sistema de medición ya esté
dispuesto en la barquilla de la central eólica y que de manera
correspondiente esté siempre orientada en dirección al viento.
Un sistema medidor de este tipo se representa en
la Fig. 2, en la que se ilustra un ejemplo de un dispositivo medidor
18 en la dirección de la que proviene el viento. Las mediciones se
realizan entre las palas giratorias del rotor para que no haya una
falsificación de las señales.
Mediante la valoración estadística de las alturas
de ola y de la probabilidad de superarse la carga de las olas, que
se deriva de ello, puede influirse sobre el control de las cargas
del rotor durante períodos prolongados, aunque en algunas
circunstancias también de manera actual durante un período breve.
Mediante la construcción a modo de campo de varias centrales de
energía eólica próximas también es concebible disponer flotadores
para registrar las olas 16 que se mueven o sólo sensores de medición
de presión sobre el fondo marino.
Claims (8)
1. Procedimiento para el funcionamiento de una
central de energía eólica en alta mar, que va provista de un
dispositivo para la toma de las cargas de viento que actúan sobre el
rotor, caracterizado por
- -
- registrar la intensidad del viento que actúa sobre las palas del rotor,
- -
- registrar la altura de las olas que se mueven hacia la central de energía eólica,
- -
- calcular la carga total que se obtiene de la carga del viento y de la carga de las olas y que absorbe la cimentación, y
- -
- provocar una toma reductora de la carga sobre el rotor cuando la carga total esperada cuando llega la ola a la torre supera una carga lími- te.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la acción de provocar una toma reductora
de la carga sobre el rotor se produce modificando el ángulo de
ataque de las palas del rotor cuando la carga total esperada cuando
llega la ola a la torre supera una carga límite.
3. Procedimiento según una de las anteriores
reivindicaciones, caracterizado porque hay previsto un
procedimiento de teledetección basado en láser para registrar las
alturas de las olas.
4. Procedimiento según una de las anteriores
reivindicaciones, caracterizado porque en la barquilla de la
central de energía eólica se incluye un dispositivo para la
teledetección.
5. Procedimiento según una de las anteriores
reivindicaciones, caracterizado porque la altura de las olas
que se mueven hacia la central de energía eólica se determina
mediante un sistema de flotadores.
6. Procedimiento según una de las anteriores
reivindicaciones, caracterizado porque la velocidad de las
olas que se mueven hacia la central de energía eólica se determina
por vía de cálculo a partir de una pluralidad de dispositivos
pertenecientes a las centrales individuales de un parque de
centrales conectadas entre sí, que sirven para registrar la altura
de las olas que se mueven hacia la central eólica.
7. Procedimiento según una de las anteriores
reivindicaciones, caracterizado porque se despliegan las
puntas de las palas del rotor para reducir las cargas del
viento.
8. Procedimiento según una de las anteriores
reivindicaciones, caracterizado porque los valores de la
carga del viento y de las olas calculados a lo largo de un período
se someten a un procedimiento estadístico y se determina la
probabilidad así calculada de alcanzar la carga límite para decidir
sobre la acción de la toma.
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