ES2270241T3 - Turbina eolica de eje horizontal y metodo para medir el angulo ascendente. - Google Patents

Turbina eolica de eje horizontal y metodo para medir el angulo ascendente. Download PDF

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Abstract

Turbina eólica de eje horizontal, que comprende un medio de detección para detectar velocidades de viento en un área donde la turbina eólica está localizada, caracterizada por el hecho de que los medios de detección comprenden: - un elemento de separación (7) dispuesto en una posición horizontal; - un primer anemómetro (6) dispuesto en el lado de flujo ascendente del elemento de separación (7); - un segundo anemómetro (8) dispuesto en una posición inferior del elemento de separación (7); y - una sección de medición del ángulo ascendente (100) para medir un ángulo ascendente en base a las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro (6) y por el segundo anemómetro (8); - donde uno de los dos anemómetros (6, 8) está localizado encima del nivel del elemento de separación (7) y el otro está localizado debajo del nivel del elemento de separación (7).

Description

Turbina eólica de eje horizontal y método para medir el ángulo ascendente.
Antecedentes de la invención Campo de la invención
La presente invención se refiere a una turbina eólica de eje horizontal y a un método para medir un ángulo ascendente. En particular, la invención se refiere a una turbina eólica y a un método tal y como se define en los preámbulos de las reivindicaciones 1, 7 y 8, respectivamente.
Descripción de la técnica relacionada
En los últimos años, las turbinas eólicas de eje horizontal han estado en uso práctico para conseguir energía eléctrica a partir del viento natural. El rendimiento de las turbinas eólicas de eje horizontal está mostrado por una curva de potencia que representa la relación entre la velocidad del viento en el buje (la velocidad del viento en la parte rotacional central de un rotor de una turbina eólica de eje horizontal) y la energía (producción de electricidad) en general. La producción de electricidad que conduce directamente a la rentabilidad está prevista en base a la curva de potencia y a la velocidad del viento en el buje estimados por simulación u observados previamente.
Los sistemas de electricidad por generación eólica son frecuentemente instalados en una topografía compleja. En tal topografía, la velocidad del viento varía no sólo con la altura desde la tierra sino también con la posición horizontal, y además, se genera con frecuencia un viento de flujo ascendente. La generación de energía y el daño de las estructuras se ven influidos no sólo por el componente horizontal del viento sino también por el vertical. En consecuencia es significativo medir la velocidad del viento en 3-D considerando un "ángulo ascendente" para la mejora de la predictabilidad de la producción de electricidad.
Los anemómetros ultrasónicos en 3-D y tubos Pitot están propuestos como desarrollos anteriores para medir la velocidad del viento en 3-D considerando un "ángulo ascendente". (Por ejemplo, ver Kaijo Corp. "measurement and control system business - atmospheric apparatus" [online] 1997, Kaijo Corp.)
Los anemómetros ultrasónicos en 3-D descritos anteriormente, no obstante, tienen un problema que son caros y grandes. Un anemómetro para medir la velocidad del viento en el buje de una turbina eólica del eje horizontal requiere durabilidad para aguantar incluso en un medio ambiente relativamente severo durante largos períodos sin mantenimiento, mientras que los anemómetros ultrasónicos en 3-D y los tubos Pitot no son producidos en una suposición de tales condiciones de funcionamiento. En consecuencia tienen reservas respecto a la durabilidad y carecen de fiabilidad.
Un método para controlar las características del viento, comprendiendo medios de detección para detectar velocidades del viento en un área, en la que se encuentra la turbina eólica, está descrito en US-A-5 646 343. Documento de en el que están descritas varias formas de realización en las que los detectores están distribuidos de una manera espacialmente regular sobre un área de terreno para medir las velocidades del viento. Los detectores pueden ser montados en medios de soporte mecánicos plantados en la tierra o en globos llenos de un gas más ligero que el aire y flotando sobre la tierra a una altura adecuada para proporcionar los datos de medición correspondientes que son posteriormente procesados en un ordenador y usados para controlar tales turbinas eólicas. El documento trata varias posibilidades para obtener una cantidad adecuada de datos de las mediciones del área espacial correspondiente, pero no tienen en cuenta el ángulo ascendente del viento respecto a la una turbina eólica, y no menciona nada en cuanto a la construcción de los detectores como tales.
Resumen de la invención
Un objeto de la presente invención es mejorar la predictabilidad de la producción de electricidad para realizar la medición del "ángulo ascendente" del viento contra un rotor de una turbina eólica de eje horizontal a un bajo coste y con alta fiabilidad.
El problema subyacente a la presente invención se resuelve de una manera satisfactoria por una turbina eólica de eje horizontal como se describe en la reivindicación 1. Otros desarrollos ventajosos adicionales de la turbina eólica están especificados en las subreivindicaciones. Un método de medición del ángulo ascendente que utiliza la turbina eólica según la presente invención está especificado en reivindicaciones 7 y 8, respectivamente.
Según la presente invención, la placa horizontal está dispuesta en el lado ascendente de la parte rotacional central (buje) del rotor. El primer anemómetro está dispuesto en una posición superior del lado del flujo ascendente del viento de la placa horizontal, donde la placa horizontal tiene un efecto menor. El segundo anemómetro está dispuesto en una posición inferior de la placa horizontal. En consecuencia cuando un viento de flujo ascendente (un viento en el ángulo más ascendente) sopla contra el buje, la velocidad del viento medida por el segundo anemómetro se vuelve superior a la velocidad del viento medida por el primer anemómetro debido al efecto de la placa horizontal. Mientras que, cuando un viento de flujo descendente (un viento en el ángulo menos ascendente) sopla contra el buje, la velocidad del viento medida por el segundo anemómetro se vuelve inferior a la velocidad del viento medida por el primer anemómetro debido al efecto de la placa horizontal. Esto significa que existe una relación constante entre la diferencia (o la proporción) entre la velocidad del viento medida por el primer anemómetro y la velocidad del viento medida por el segundo anemómetro y el ángulo ascendente.
Es posible medir el ángulo ascendente mediante una sección de medición del ángulo ascendente en base a la diferencia (o la proporción) obtenida a partir de las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro y el segundo anemómetro usando la relación. En consecuencia, el ángulo ascendente puede ser continuamente medido a bajo coste con alta fiabilidad sin usar un dispositivo caro. Además con la adopción de dos anemómetros, cuando uno de los anemómetros se rompe, el otro anemómetro permite la medición de la velocidad del viento para su control. Además de asegurar la redundancia de un anemómetro y de acortar el tiempo de parada de una turbina eólica, se puede reducir la pérdida de producción de energía en el periodo improductivo.
En la turbina eólica, la sección de medición del ángulo ascendente puede comprender:
una unidad de cálculo de la diferencia de velocidad del viento para calcular la diferencia de velocidad del viento a partir de las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro y el segundo anemómetro;
una unidad de registro para registrar datos correlativos de la diferencia de velocidad del viento que muestran una relación entre la diferencia de velocidad del viento y el ángulo ascendente; y
una unidad de estimación del ángulo ascendente para estimar el ángulo ascendente usando la diferencia de velocidad del viento calculada por la unidad de cálculo de la diferencia de velocidad del viento y los datos correlativos de la diferencia de velocidad del viento registrados en la unidad de registro.
Según la invención descrita anteriormente, es posible calcular la diferencia de la velocidad del viento en base a las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro y por el segundo anemómetro, y estimar (medir) el ángulo ascendente usando la diferencia de velocidad del viento calculada y los datos correlativos de la diferencia de velocidad del viento que muestran la relación entre la diferencia de la velocidad del viento y el ángulo ascendente.
En la turbina eólica, la sección de medición del ángulo ascendente puede comprender:
una unidad de cálculo de la proporción de la velocidad del viento para calcular la proporción de la velocidad del viento a partir de las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro y por el segundo anemómetro;
una unidad de registro para registrar los datos correlativos de la proporción de velocidad del viento que muestran la relación entre la proporción de la velocidad del viento y el ángulo ascendente; y
una unidad de estimación del ángulo ascendente para estimar el ángulo ascendente usando la proporción de la velocidad del viento calculada por la unidad de cálculo de la proporción de velocidad del viento y los datos correlativos de la proporción de la velocidad del viento registrada en la unidad de registro.
Según la invención descrita anteriormente, es posible calcular la proporción de la velocidad del viento en base a las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro y el segundo anemómetro, y la estimación (medida) del ángulo ascendente usando la proporción de la velocidad del viento calculada y los datos correlativos de la proporción de la velocidad del viento que muestran la relación entre la proporción de la velocidad del viento y el ángulo ascendente.
Conforme a una forma de realización de la presente invención, un método para medir un ángulo ascendente con una turbina eólica comprende:
medir una primera velocidad del viento medida por el primer anemómetro;
medir una segunda velocidad del viento medida por el segundo anemómetro;
calcular la velocidad del viento a partir de la primera velocidad del viento medida en la medición de la primera velocidad del viento y la segunda velocidad del viento medida en la medición de la segunda velocidad del viento; y
estimar el ángulo ascendente usando los datos que muestran la relación entre la diferencia de la velocidad del viento y el ángulo ascendente y la diferencia de la velocidad del viento calculada durante el cálculo.
Conforme a otra forma de realización de la presente invención, un método para medir un ángulo ascendente con la turbina eólica comprende:
medir una primera velocidad del viento medida por el primer anemómetro;
medir una segunda velocidad del viento medida por el segundo anemómetro;
calcular la proporción de la velocidad del viento a partir de la primera velocidad del viento medida durante la medición de la primera velocidad del viento y la segunda velocidad del viento medida durante la medición de la segunda velocidad del viento; y
estimar el ángulo ascendente usando los datos que muestran la relación entre la proporción de la velocidad del viento y el ángulo ascendente y la proporción de la velocidad del viento calculada durante el cálculo.
Conforme a la presente invención, una turbina eólica de eje horizontal comprende:
un elemento de separación dispuesto en una posición horizontal;
un primer anemómetro dispuesto en el lado de flujo ascendente del elemento de separación;
un segundo anemómetro dispuesto en una posición inferior del elemento de separación; y
una sección de medición del ángulo ascendente para medir un ángulo ascendente en base a las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro y por el segundo anemómetro,
donde uno de los dos anemómetros está localizado por encima del nivel del elemento de separación y el otro está localizado por debajo del nivel del elemento de separación.
En la turbina eólica, el elemento de separación puede ser un elemento en forma de placa.
En la turbina eólica, la sección de medición del ángulo ascendente mide un ángulo ascendente en base a una diferencia o una proporción entre las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro y el segundo anemómetro.
En la turbina eólica, la sección de medición del ángulo ascendente puede comprender;
una unidad de cálculo de la diferencia de la velocidad del viento para calcular una diferencia de velocidad del viento a partir de las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro y por el segundo anemómetro;
una unidad de registro para registrar los datos correlativos de la diferencia de velocidad del viento que muestran relación entre la diferencia de velocidad del viento y el ángulo ascendente; y
una unidad de estimación del ángulo ascendente para estimar el ángulo ascendente usando la diferencia de velocidad del viento calculada por la unidad de cálculo de la diferencia de velocidad del viento y los datos correlativos de la diferencia de velocidad del viento registrados en la unidad de registro.
En la turbina eólica, la sección de medición del ángulo ascendente puede comprender:
una unidad de cálculo de la proporción de velocidad del viento para calcular una proporción de velocidad del viento a partir de las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro y por el segundo anemómetro;
una unidad de registro para registrar los datos correlativos de la proporción de velocidad del viento que muestran la relación entre la proporción de velocidad del viento y el ángulo ascendente; y
una unidad de estimación del ángulo ascendente para estimar el ángulo ascendente usando la proporción de velocidad del viento calculada por la unidad de cálculo de la proporción de velocidad del viento y los datos correlativos de la proporción de velocidad del viento registrados en la unidad de registro.
Conforme a la presente invención, un método de medición del ángulo ascendente usando la turbina eólica comprende:
medir una primera velocidad del viento medida por el primer anemómetro;
medir una segunda velocidad del viento medida por el segundo anemómetro;
calcular la diferencia de velocidad del viento a partir de la primera velocidad del viento medida durante la medición de la primera velocidad del viento y la segunda velocidad del viento medida durante la medición de la segunda velocidad del viento; y
estimar el ángulo ascendente usando los datos que muestran relación entre la diferencia de velocidad del viento y el ángulo ascendente y la diferencia de velocidad del viento calculada durante el cálculo.
Conforme al sexto aspecto de la presente invención, un método de medición del ángulo ascendente usando la turbina eólica comprende:
medir una primera velocidad del viento medida por el primer anemómetro;
medir una segunda velocidad del viento medida por el segundo anemómetro;
calcular la proporción de la velocidad del viento a partir de la primera velocidad del viento medida durante la medición de la primera velocidad del viento y la segunda velocidad del viento medida durante la medición de la segunda velocidad del viento; y
estimar el ángulo ascendente usando los datos que muestran la relación entre la proporción de velocidad del viento y el ángulo ascendente y la proporción de velocidad del viento calculada durante el cálculo.
Según la presente invención, debido al suministro de los dos anemómetros (el primer anemómetro y el segundo anemómetro) dispuestos encima y debajo del nivel de la placa horizontal, el ángulo ascendente puede ser medido a bajo coste y con alta fiabilidad en base a la diferencia de velocidad del viento o la proporción de velocidad del viento obtenida a partir de las velocidades del viento medidas por los dos anemómetros, y así es posible contribuir a la mejora de la predictabilidad de la producción de electricidad.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención será entendida de forma más completa a partir de la descripción detallada dada a continuación y los dibujos anexos que están proporcionados sólo como ilustración, y por lo tanto no están destinados a ser una definición de los límites de la presente invención, y en los que:
Fig. 1 es un diagrama esquemático que muestra una turbina eólica de eje horizontal según una forma de realización de la presente invención;
Fig. 2 es una ilustración en perspectiva que muestra la configuración de la mayor parte de la turbina eólica de eje horizontal mostrada en la Fig. 1;
Fig. 3 es una figura que muestra los datos correlativos de una diferencia de velocidad del viento (un gráfico que muestra la relación entre una diferencia de velocidad del viento y un ángulo ascendente) almacenada en una memoria ROM de la turbina eólica de eje horizontal mostrada en la Fig. 1;
Fig. 4 es una figura que muestra los datos correlativos de una proporción de velocidad del viento (un gráfico que muestra la relación entre la proporción de velocidades de viento y un ángulo ascendente) almacenados en una memoria ROM de la turbina eólica de eje horizontal mostrada en la Fig. 1; y
Fig. 5 es un diagrama esquemático para ilustrar un dispositivo de control de la turbina eólica de eje horizontal mostrada en la Fig. 1.
Descripción detallada de las formas de realización preferidas
A continuación, se describirá con detalle una forma de realización de la presente invención mediante dibujos. En la presente forma de realización, una turbina eólica de eje horizontal de flujo descendente 1 mostrada en la Fig. 1 es adoptada como un ejemplo de una turbina eólica de eje horizontal.
Se describirá la configuración de la turbina eólica de eje horizontal según la presente forma de realización. La turbina eólica de eje horizontal 1 comprende, como se muestra en las Figs. 1 y 2, una torre 2, una góndola 3 unida a la parte superior de la torre 2, un eje principal (no mostrado) que se extiende en una dirección sustancialmente horizontal y pivotalmente soportado en la góndola 3, un rotor 4 unido en el eje principal, una barra 5 dispuesta de forma que sobresalga a una distancia predeterminada en el lado de flujo ascendente de la góndola 3, un primer anemómetro 6 fijado al lado superior de la parte periférica del lado de flujo ascendente de la barra 5 de manera que su eje rotativo está en una dirección sustancialmente vertical, un elemento de separación 7 que puede ser formado como un elemento en forma de placa dispuesto en una parte sustancialmente central en la dirección longitudinal y en una parte sustancialmente central en la dirección de la anchura de la barra 5, un segundo anemómetro 8 fijado a la parte debajo del elemento de separación 7 de la barra 5 de manera que su eje rotativo esté en una dirección sustancialmente vertical, y un dispositivo de control 100 para integrar y controlar el conjunto de la turbina eólica del eje horizontal.
La barra 5 es un elemento alargado para soportar el primer anemómetro 6, el elemento de separación 7, y el segundo anemómetro 8 hacia el lado del flujo ascendente de la góndola 3 (ver Figs. 1 y 2). La longitud y el diámetro de la barra 5 están determinados de forma adecuada dependiendo del tamaño y la configuración de la góndola 3 de la turbina eólica de eje horizontal 1 y los pesos del primer anemómetro 6 y el segundo anemómetro 8, además de éstos, es posible considerar la frecuencia propia de la barra para determinar la longitud y el diámetro de la barra. La barra 5 puede ser hecha de material metálico, resina sintética, o similar.
El primer anemómetro 6 y el segundo anemómetro 8 son anemómetros de rotación donde una pluralidad de copas atrapan el viento que sopla contra la parte rotacional central del rotor 4 de la turbina eólica de eje horizontal 1 y una velocidad del viento es medida a partir de la velocidad de rotación. El tipo del primer anemómetro 6 y el segundo anemómetro 8 no está particularmente limitado. En consecuencia, puede ser adoptado el tipo usado de forma convencional (por ejemplo, el tipo del anemómetro fabricado por Vaisala o por Thies).
El elemento de separación 7 es un elemento para hacer una diferencia entre un valor de la velocidad del viento medida por el primer anemómetro 6 y un valor de la velocidad del viento medida por el segundo anemómetro 8 cuando sopla un viento de flujo ascendente (o un viento de flujo descendente). El espesor y el tamaño están determinados de forma adecuada dependiendo de la longitud y del diámetro de la barra 5, los tamaños del segundo anemómetro 8 y de la góndola 3, y similares. El elemento de separación 7 puede ser hecho de material metálico, resina sintética o similar.
El dispositivo de control 100 ejecuta un proceso de cálculo para calcular una diferencia (de ahora en adelante, denominada "diferencia de la velocidad del viento") o una proporción (de ahora en adelante, denominada "proporción de la velocidad del viento") entre la velocidad del viento medida por el primer anemómetro 6 y la velocidad del viento medida por el segundo anemómetro 8, un proceso de estimación del ángulo ascendente para estimar el ángulo ascendente usando la diferencia de velocidad del viento, la proporción de velocidad del viento, y los datos correlativos predeterminados, y similares para ejecutar programas predeterminados para realizar los procesos descritos anteriormente.
El dispositivo de control 100 comprende una CPU 101, una memoria ROM 102, y una memoria RAM 103 como se muestra en la Fig. 5. La CPU 101 ejecuta el proceso de cálculo, el proceso de estimación del ángulo ascendente, y similares mediante los programas. La memoria ROM 102 almacena los programas y los datos correlativos que muestran las relaciones entre la diferencia de velocidad del viento y el ángulo ascendente y entre la proporción de velocidad del viento y el ángulo ascendente (los datos correlativos de la diferencia de velocidad del viento y los datos correlativos de la proporción de velocidad del viento descritos más adelante). La memoria RAM 103 se usa para el almacenamiento temporal de los resultados en cada proceso y similares. El dispositivo de control 100 es una sección de medición del ángulo ascendente de la presente invención. El dispositivo de control 100 funciona como una sección de medición del ángulo ascendente que comprende una unidad de cálculo de la diferencia de velocidad del viento, una unidad de cálculo de la proporción de velocidad del viento, una unidad de registro, y la unidad de estimación del ángulo ascendente de la presente invención.
La relación entre los valores de la velocidad del viento medidos por el primer anemómetro 6 y el segundo anemómetro 8 de la turbina eólica de eje horizontal 1 según la presente forma de realización y los ángulos ascendentes será descrita con las Figs. 3 y 4.
El elemento de separación 7 está dispuesto entre el primer anemómetro 6 y el segundo anemómetro 8 de la turbina eólica de eje horizontal 1. En consecuencia, se establece una diferencia entre un valor de la velocidad del viento medido por el primer anemómetro 6 y un valor de la velocidad del viento medido por el segundo anemómetro 8 cuando sopla un viento de flujo ascendente (o un viento de flujo descendente).
Concretamente hablando, cuando un viento de flujo ascendente (un viento en el ángulo más ascendente) sopla contra el rotor 4, la velocidad del viento medida por el segundo anemómetro 8 se vuelve superior a la velocidad del viento medida por el primer anemómetro 6 debido al efecto del elemento de separación 7 porque el elemento de separación 7 está dispuesto sobre el segundo anemómetro 8. Mientras tanto cuando un viento de flujo descendente (un viento en el ángulo menos ascendente) sopla contra el rotor 4, la velocidad del viento medida por el segundo anemómetro 8 se vuelve inferior a la velocidad del viento medida por el primer anemómetro 6 debido al efecto del elemento de separación 7.
En consecuencia una relación determinada es forjada entre: la diferencia entre la velocidad del viento medida por el primer anemómetro 6 y la velocidad del viento medida por el segundo anemómetro; y el ángulo ascendente. En la presente forma de realización, los datos relativos a la relación entre la diferencia de velocidad del viento y el ángulo ascendente y los datos relativos a la relación entre la proporción de la velocidad del viento y el ángulo ascendente son obtenidos en este experimento con base terrestre, como un experimento de túnel aéreo o similar, de antemano.
El gráfico que muestra la relación entre la diferencia de velocidad del viento y el ángulo ascendente en la Fig. 3 puede ser adoptado como los datos correlativos de la diferencia de velocidad del viento. El eje vertical es la "velocidad del viento", y el eje horizontal es el "ángulo ascendente (grados)" en la Fig. 3. Los valores de la "velocidad del viento" del eje vertical en la Fig. 3 son proporciones (valores adimensionales) de los valores medidos a la velocidad de un flujo uniforme delante de la turbina eólica.
Mientras que se utilizan las proporciones entre la velocidad del flujo uniforme y los valores medidos en la presente, es difícil medir la velocidad del flujo uniforme en una turbina eólica real. En consecuencia, el valor medido del primer anemómetro 6 en el lado delantero puede ser usado en vez de la velocidad del flujo uniforme. En este caso, una curva I en la Fig. 3 se vuelve la línea de la "velocidad del viento = 1". Además, una curva II y una curva III se vuelven curvas donde los valores de la velocidad del viento en el ángulo ascendente de "0 grados" no cambiaron y los valores de la velocidad del viento excepto en el ángulo ascendente de "0 grados" se vuelve superior a los valores mostrados en la Fig. 3.
La curva I en la Fig. 3 está formada trazando un punto en un gráfico a un valor de la velocidad del viento medida por el primer anemómetro 6 en cada caso que el ángulo ascendente es "-15 grados", "0 grados", "15 grados", y "30 grados" y mediante la conexión de estos puntos con una curva de aproximación. El valor de la velocidad del viento medido por el primer anemómetro 6 es constante dentro del ángulo ascendente de "-15 a 15 grados". Mientras que el valor de la velocidad del viento medido por el primer anemómetro gradualmente disminuye con un aumento del ángulo ascendente, en el caso del ángulo ascendente anterior "15 grados" (ver Fig. 3). La razón es que el componente horizontal de la velocidad del viento disminuye con un aumento del ángulo ascendente.
La curva II en la Fig. 3 está formada trazando un punto en un gráfico a un valor de la velocidad del viento medido por el segundo anemómetro 8 en cada caso que el ángulo ascendente es "-15 grados", "0 grados", "15 grados", y "30 grados" y mediante la conexión de estos puntos con una curva de aproximación. El valor de la velocidad del viento medido por el segundo anemómetro 8 es inferior a la velocidad del viento medida por el primer anemómetro 6 en el caso del ángulo menos ascendente (es decir, en el caso de un viento de flujo descendente) (ver Fig. 3). La razón es que un viento de flujo descendente es bloqueado por el elemento de separación 7. Mientras que el valor de la velocidad del viento medido por el segundo anemómetro 8 difícilmente disminuye en el caso del ángulo ascendente anterior "15 grados". La razón es que un viento de flujo ascendente es cambiado en un viento horizontal por el elemento de separación 7.
La curva III en la Fig. 3 está formada trazando un punto en un gráfico a un valor que es un valor de la velocidad del viento medido por el segundo anemómetro 8 menos un valor de la velocidad del viento medido por el primer anemómetro 6 (una diferencia de la velocidad del viento) en cada caso que el ángulo ascendente es "-15 grados", "0 grados", "15 grados", y "30 grados" y mediante la conexión de estos puntos con una curva de aproximación. Puesto que se hace una correlación entre la diferencia de velocidad del viento y el ángulo ascendente por la curva III, el ángulo ascendente puede ser estimado usando la curva III y la diferencia de velocidad del viento calculada a partir de la velocidad del viento medida por el primer anemómetro 6 y por el segundo anemómetro 8. Por ejemplo, el ángulo ascendente se estima en "unos 10 grados" en el caso de la diferencia de velocidad del viento de "0 m/s" (ver Fig. 3).
El gráfico que muestra la relación entre la proporción de la velocidad del viento y el ángulo ascendente en la Fig. 4 puede ser adoptado como los datos correlativos de la proporción de velocidad del viento. El eje vertical es la "velocidad del viento", y el eje horizontal es "el ángulo ascendente (grados)" en la Fig. 4. Los valores de la "velocidad del viento" del eje vertical en la Fig. 4 son proporciones (valores adimensionales) de los valores medidos a la velocidad de un flujo uniforme delante de la turbina eólica. Una curva I y una curva II en la Fig. 4 son iguales que la curva I y la curva II en Fig. 3 (sólo cambia la escala del eje vertical).
La curva IV en la Fig. 4 se forma trazando un punto en un gráfico a un valor que es un valor de la velocidad del viento medido por el segundo anemómetro 8 dividido por un valor de la velocidad del viento medido por el primer anemómetro 6 (una proporción de la velocidad del viento) en cada caso que el ángulo ascendente es "-15 grados", "0 grados", "15 grados", y "30 grados" y mediante la conexión de estos puntos con una curva de aproximación. Como se hace una correlación entre la proporción de velocidad del viento y el ángulo ascendente por la curva IV, el ángulo ascendente puede ser estimado usando la curva IV y la proporción de la velocidad del viento calculada a partir de la velocidad del viento medida por el primer anemómetro 6 y por el segundo anemómetro 8. Por ejemplo, el ángulo ascendente se estima en "unos 10 grados" en el caso de la proporción de la velocidad del viento de "1" (ver Fig. 4).
De ahora en adelante se describirá un método para medir un ángulo ascendente usando la turbina eólica de eje horizontal 1 según la presente forma de realización.
Primero, una velocidad del viento es medida por el primer anemómetro 6 unido encima de la parte periférica del lado de flujo ascendente de la barra 5 (fase para medir la primera velocidad del viento). A la vez, una velocidad del viento es medida por el segundo anemómetro 8 unido debajo de la parte inferior de la barra 5 debajo de la placa horizontal 7 (fase para medir la segunda velocidad del viento). Posteriormente el dispositivo de control 100 de la turbina eólica de eje horizontal 1 calcula la diferencia (diferencia de velocidad del viento) entre las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro 6 y por el segundo anemómetro 8 (fase para calcular la diferencia de velocidad del viento). El dispositivo de control 100 considera el ángulo ascendente usando la curva III del gráfico (ver Fig. 3) mostrando la relación entre la diferencia de velocidad del viento y el ángulo ascendente registrado en la memoria ROM 102 y la diferencia de velocidad del viento calculada en la fase para calcular la diferencia de velocidad del viento (fase para estimar el ángulo ascendente).
Como un sustituto de la fase para calcular la diferencia de velocidad del viento, la proporción (la proporción de velocidad del viento) entre las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro 6 y por el segundo anemómetro 8 puede ser calculada (una fase para calcular la proporción de la velocidad del viento). En este caso, el dispositivo de control 100 considera el ángulo ascendente usando la curva IV del gráfico (ver Fig. 4) mostrando la relación entre la proporción de velocidad del viento y el ángulo ascendente registrado en la memoria ROM 102 y la proporción de velocidad del viento calculada en la fase para calcular la proporción de la velocidad del viento (una fase para estimar el ángulo ascendente).
En la turbina eólica del eje horizontal 1 según la forma de realización descrita anteriormente, el elemento de separación 7 se dispone en el lado de flujo ascendente de la parte rotacional central (buje) del rotor 4. El primer anemómetro 6 se dispone en una posición superior del lado de flujo ascendente del elemento de separación 7, donde el elemento de separación 7 tiene un efecto inferior, y el segundo anemómetro 8 se dispone en una posición inferior del elemento de separación 7.
En consecuencia cuando un viento de flujo ascendente (un viento en el ángulo de mayor soplado) sopla contra el rotor 4, la velocidad del viento medida por el segundo anemómetro 8 se vuelve superior a la velocidad del viento medida por el primer anemómetro 6 debido al efecto del elemento de separación 7 (ver Fig. 3). Mientras que cuando un viento de flujo descendente (un viento en el ángulo menos ascendente) sopla contra el rotor 4, la velocidad del viento medida por el segundo anemómetro 8 se vuelve inferior a la velocidad del viento medida por el primer anemómetro 6 debido al efecto del elemento de separación 7 (ver Fig. 3). En consecuencia existe una relación constante entre la diferencia (la diferencia de velocidad del viento) o la proporción (la proporción de velocidad del viento) entre las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro 6 y por el segundo anemómetro 8 y el ángulo ascendente.
Es posible medir (estimar) el ángulo ascendente por el dispositivo de control 100 en base a la diferencia (o la proporción) entre las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro 6 y el segundo anemómetro 8 debido al uso de la relación. En consecuencia el ángulo ascendente puede ser continuamente medido con un bajo coste y con alta fiabilidad sin usar un aparato caro.
Además debido a la adopción de dos anemómetros (el primer anemómetro 6 y el segundo anemómetro 8), cuando un anemómetro se rompe, el otro anemómetro permite la medición de la velocidad del viento para el control. Además de asegurar la redundancia de un anemómetro y de acortar el periodo improductivo de una turbina eólica, se puede reducir la pérdida de producción de energía en el tiempo de parada de una turbina eólica.
Mientras que se muestra un ejemplo donde los "anemómetros de rotación" son adoptados como el primer anemómetro 6 y el segundo anemómetro 8 en la forma de realización descrita anteriormente, se permite adoptar "anemómetros de presión del viento", "anemómetros de hilo caliente", "anemómetros ultrasónicos", o similares.
En cuanto a la forma de realización de la presente invención, el primer anemómetro está dispuesto en una posición superior del lado de flujo ascendente de la placa horizontal y el segundo anemómetro está dispuesto en una posición inferior de la placa horizontal. En cambio, el primer anemómetro puede estar dispuesto en una posición inferior del lado de flujo ascendente de la placa horizontal y el segundo anemómetro puede estar dispuesto en una posición superior de la placa horizontal.
Además, en cuanto a la forma de realización de la presente invención, la diferencia o proporción de la velocidad del viento puede ser sustituida por un valor calculado de las velocidades del viento por una función adecuada como una función logarítmica o una combinación adecuada de funciones.

Claims (8)

1. Turbina eólica de eje horizontal, que comprende un medio de detección para detectar velocidades de viento en un área donde la turbina eólica está localizada, caracterizada por el hecho de que los medios de detección comprenden:
- un elemento de separación (7) dispuesto en una posición horizontal;
- un primer anemómetro (6) dispuesto en el lado de flujo ascendente del elemento de separación (7);
- un segundo anemómetro (8) dispuesto en una posición inferior del elemento de separación (7); y
- una sección de medición del ángulo ascendente (100) para medir un ángulo ascendente en base a las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro (6) y por el segundo anemómetro (8);
- donde uno de los dos anemómetros (6, 8) está localizado encima del nivel del elemento de separación (7) y el otro está localizado debajo del nivel del elemento de separación (7).
2. Turbina eólica según la reivindicación 1, donde el elemento de separación (7) es un elemento en forma de placa.
3. Turbina eólica según la reivindicación 1 o 2, donde la sección de medición del ángulo ascendente (100) está adaptada para medir un ángulo ascendente en base a una diferencia o una proporción entre las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro (6) y por el segundo anemómetro (8).
4. Turbina eólica según la reivindicación 1, donde el elemento de separación (7) es una placa horizontal dispuesta en el lado de flujo ascendente de una parte rotacional central de un rotor (4);
donde el primer anemómetro (6) está dispuesto en una posición superior del lado de flujo ascendente de la placa horizontal;
donde el segundo anemómetro (8) está dispuesto en una posición inferior de la placa horizontal; y
donde la sección de medición del ángulo ascendente (100) está adaptada para medir un ángulo ascendente en base a una diferencia de velocidad del viento o una proporción de velocidad del viento obtenida a partir de las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro (6) y por el segundo anemómetro (8).
5. Turbina eólica según la reivindicación 4, donde la sección de medición del ángulo ascendente (100) comprende:
- una unidad de cálculo de la diferencia de velocidad del viento (101) para calcular la diferencia de velocidad del viento de las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro (6) y por el segundo anemómetro (8);
- una unidad de registro (102) para registrar los datos correlativos de la diferencia de velocidad del viento que muestran una relación entre la diferencia de la velocidad del viento y el ángulo ascendente; y
- una unidad de estimación del ángulo ascendente (101) para estimar el ángulo ascendente usando la diferencia de velocidades del viento calculada por la unidad de cálculo de la diferencia de velocidades del viento (101) y los datos correlativos de la diferencia de velocidades del viento registrados en la unidad de registro (102).
6. Turbina eólica según la reivindicación 4, donde la sección de medición del ángulo ascendente (100) comprende:
- una unidad de cálculo de la proporción de velocidades del viento (101) para calcular la proporción de velocidad del viento de las velocidades del viento medidas por el primer anemómetro (6) y por el segundo anemómetro (8);
- una unidad de registro (102) para registrar los datos correlativos de la proporción de velocidad del viento que muestran una relación entre la proporción de velocidad del viento y del ángulo ascendente; y
- una unidad de estimación del ángulo ascendente (101) para estimar el ángulo ascendente usando la proporción de velocidad del viento calculada por la unidad de cálculo de la proporción de velocidad del viento (101) y los datos correlativos de proporción de velocidad del viento registrados en la unidad de registro (102).
7. Método de medición del ángulo ascendente usando la turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, el método comprendiendo las fases siguientes:
- medir una primera velocidad del viento mediante el primer anemómetro (6);
- medir una segunda velocidad del viento mediante el segundo anemómetro (8);
- calcular la diferencia de velocidad del viento a partir de la primera velocidad del viento medida en la primera fase de medición de la velocidad del viento y la segunda velocidad del viento medida en la segunda fase de medición de la velocidad del viento; y
- estimar el ángulo ascendente usando los datos que muestran una relación entre la diferencia de velocidad del viento y el ángulo ascendente y la diferencia de velocidad del viento calculada en la fase de cálculo.
8. Método de medición del ángulo ascendente usando la turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 y 6, el método comprendiendo las fases siguientes:
- medir una primera velocidad del viento mediante el primer anemómetro (6);
- medir una segunda velocidad del viento mediante el segundo anemómetro (8);
- calcular la proporción de la velocidad del viento a partir de la velocidad del viento medida en la primera fase de medición de velocidad del viento y la segunda velocidad del viento medida en la segunda fase de medición de velocidad del viento; y
- estimar el ángulo ascendente usando los datos que muestran una relación entre la proporción de la velocidad del viento y el ángulo ascendente y la proporción de velocidad del viento calculada en la fase de cálculo.
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