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