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.

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ES2214801T3 ES99124712T ES99124712T ES2214801T3 ES 2214801 T3 ES2214801 T3 ES 2214801T3 ES 99124712 T ES99124712 T ES 99124712T ES 99124712 T ES99124712 T ES 99124712T ES 2214801 T3 ES2214801 T3 ES 2214801T3
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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.
ES99124712T 1998-12-24 1999-12-11 Procedimiento para el funcionamiento de una central de energia eolica en alta mar. Expired - Lifetime ES2214801T3 (es)

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