ES2275857T3 - Regulacion de la potencia en funcion de la densidad del aire para una turbina de aire. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el control de una instalación de energía eólica con un generador eléctrico (12) usando datos estadísticos de la densidad del aire, introducidos y/o medidos en el emplazamiento de la instalación de energía eólica, en el que se controla el generador (12) de la instalación de energía eólica mediante un dispositivo de control (20) que procesa los datos de la densidad del aire, caracterizado porque en función de la densidad del aire se ajustan datos de potencia del generador (12), en particular, una potencia de excitación conducida al generador (12).
Description
Regulación de la potencia en función de la
densidad del aire para una turbina de aire.
La presente invención se refiere a una
instalación de energía eólica con un dispositivo de control para
dirigir el funcionamiento de la instalación de energía eólica y a
un procedimiento para el control de una instalación de energía
eólica con un dispositivo de control para dirigir el
funcionamiento.
Una instalación de energía eólica transforma una
parte de la energía cinética contenida en el viento en energía
eléctrica. Para ello, la instalación de energía eólica presenta un
rotor, que extrae energía cinética del viento y la transforma en
energía de rotación.
Por el documento DE 198 4 258 A1 se conoce una
instalación de energía eólica, así como un procedimiento para su
funcionamiento, en el que el sistema de dirección del funcionamiento
ajusta la velocidad de desconexión de la instalación de energía
eólica a un valor más elevado cuando la densidad del aire se reduce
en función de la densidad del aire medida por sensores en el
emplazamiento de la instalación de energía eólica. Es decir, si la
velocidad de desconexión se ajusta a su valor predeterminado cuando
la densidad del aire es normal, la velocidad de desconexión aumenta
cuando se reduce la densidad del aire.
Por el documento US 4.651.017 se conoce una
instalación de energía eólica, así como un procedimiento para su
funcionamiento, en el que un circuito dotado de un sensor detecta la
velocidad del viento delante del rotor, para controlar la velocidad
de rotación de las puntas de la pala de rotor de la instalación de
energía eólica mediante variación de la carga de un generador que
está conectado con el rotor, reaccionando de esta forma a la
velocidad de viento medida.
En el dispositivo de control de una instalación
de energía eólica está almacenada una curva de potencia
característica, que permite al control de la instalación de energía
eólica determinar la potencia de generador asignada a partir del
número de revoluciones determinado del rotor, que depende de la
velocidad del viento. De esta potencia del generador que debe ser
suministrada por la instalación de energía eólica resulta la
potencia de excitación necesaria y de ésta, a su vez, el momento
del generador. Para generar este momento de generador necesario, el
rotor debe proporcionar al menos este momento de giro mediante la
cadena de accionamiento.
La potencia P de la instalación de energía
eólica corresponde a la cantidad de energía que fluye por el área
barrida por el rotor de la instalación de energía eólica y resulta
del área de sección transversal F, que corresponde al área circular
barrida por el rotor según la ecuación
P = \
^{1}/_{2} \ \rho \ v^{3} \ F \
[W].
Con ello se obtiene con una velocidad de viento
v predeterminada y un área circular barrida por el rotor F la
dependencia de la cantidad de energía de la densidad del aire
\rho. Si la cantidad de energía es demasiado reducida, el rotor
no puede generar este momento por lo que se reduce el número de
revoluciones del rotor debido al momento del generador demasiado
elevado.
La invención tiene el objetivo de optimizar el
funcionamiento de una instalación de energía eólica de tal forma
que siempre pueda proporcionarse la mayor cantidad de energía
posible, es decir, la mayor potencia posible.
El objetivo de la invención se consigue mediante
un procedimiento con la característica según la reivindicación 1 o
mediante una instalación de energía eólica con la característica
según la invención 2.
En las instalaciones de energía eólica
existentes hasta ahora, además de una curva característica de la
potencia también está predeterminada la velocidad relativa de la
punta de la pala \lambda. La velocidad relativa de la punta de la
pala \lambda corresponde aquí al cociente de la velocidad
periférica de la punta de la pala del rotor y de la velocidad del
viento. Como ya se ha explicado anteriormente, cuando la curva
característica de la potencia no está adaptada a la densidad del
aire correspondiente, resulta una desviación de la velocidad
relativa de la punta de la pala \lambda predeterminada en el
dispositivo de control.
Según la invención, el dispositivo de control
tiene en cuenta la altura del lugar de construcción de la
instalación de energía eólica y/o la altura de la instalación de
energía eólica, es decir, la densidad del aire que existe en el
emplazamiento de la instalación de energía eólica.
La invención se basa en el conocimiento de que,
a medida que aumenta la altura, la densidad del aire se reduce. La
referencia es siempre el nivel medio del mar. Cuanto mayor es la
altura a la que se encuentra el lugar de construcción de la
instalación de energía eólica sobre el nivel medio del mar tanto
menor es la densidad del aire y tanto menor es,
correspondientemente, la energía contenida en el viento.
En la solución según la invención resulta
especialmente ventajoso que, gracias a que se tiene en cuenta la
altura del lugar de construcción de la instalación de energía eólica
sobre el nivel medio del mar, esta menor densidad del aire se tiene
en cuenta en la curva de potencia característica. De esta forma
puede reducirse, por lo tanto de forma correspondiente la potencia
que ha de ser generada por la instalación de energía eólica
asignada a un número de revoluciones del rotor y, por lo tanto, a
una velocidad relativa de la punta de la pala \lambda, de modo
que el momento del generador no sobrepase el momento de giro
proporcionado por el rotor debido a la potencia de excitación
alimentada por el dispositivo de control. De esta forma se mantiene
el rendimiento determinado mediante la curva de potencia
característica y se puede extraer la energía máxima del viento.
En una forma de realización especialmente
preferida de la invención, la altura del lugar de construcción de
la instalación de energía eólica y/o la altura de la instalación de
energía eólica es adaptable, es decir, puede estar previsto un
control independiente del emplazamiento, al que pueden indicarse los
parámetros correspondientes mediante medios de ajuste adecuados,
como interruptores, parámetros de configuración, etc.
En una variante preferida de la invención, la
instalación de energía eólica está provista de un dispositivo de
medición para detectar la densidad del aire y, de forma
especialmente preferida, de un dispositivo de medición para
detectar la presión atmosférica y la temperatura. A partir de estos
dos datos puede determinarse la densidad del aire. De esta forma
puede renunciarse a un ajuste de los parámetros, puesto que el
dispositivo de control determina estos parámetros automáticamente
de los datos obtenidos por el dispositivo de medición.
En una forma de realización preferida, el
dispositivo de control comprende al menos un microprocesador, de
modo que el control de la instalación de energía eólica pueda
realizarse basándose en un software de control.
Además, el objetivo se consigue mediante un
procedimiento que está caracterizado porque
- a)
- se detecta la densidad del aire,
- b)
- las señales derivadas de la densidad del aire, que representan la densidad del aire, se trasmiten al dispositivo de control y
- c)
- el dispositivo de control tiene en cuenta la densidad del aire para dirigir el funcionamiento.
En el paso a) pueden detectarse la presión
atmosférica y la temperatura y en el paso b) pueden derivarse de la
presión atmosférica y de la temperatura según un algoritmo
predeterminado las señales que representan la densidad del
aire.
En las reivindicaciones subordinadas se indican
variantes ventajosas de la invención.
A continuación, un ejemplo de realización de la
presente invención se explicará más detalladamente con ayuda de la
figura. La figura muestra un diagrama de bloques simplificado de la
presente invención.
En la figura está representada la instalación de
energía eólica con un rotor 10, un generador 12, una transmisión de
fuerza 14 entre rotor y generador, un dispositivo para detectar la
presión atmosférica 16, un dispositivo para detectar la temperatura
18 y un dispositivo de control 20 con un microprocesador.
El dispositivo para detectar la presión
atmosférica 16 está conectado mediante una conexión 22 con el
dispositivo de control 20; el dispositivo para detectar la
temperatura está conectado mediante una conexión 24 con el
dispositivo de control 20 y, mediante una conexión 26, el número de
revoluciones del rotor se transmite al dispositivo de control 20.
Estas conexiones pueden ser, por ejemplo, conexiones galvánicas u
otras conexiones adecuadas como conexiones inalámbricas.
A partir de las informaciones transmitidas, el
dispositivo de control 20 determina con ayuda de datos de potencia
predeterminados la potencia que ha se ser suministrada por el
generador e influye mediante una conexión 28 en la potencia de
excitación conducida al generador 12.
La forma de actuación del dispositivo de control
20 puede estar predeterminada de tal forma que las variaciones de
la densidad del aire que pueden determinarse a partir de variaciones
de la presión atmosférica o de la temperatura sólo son tenidas en
cuenta por el dispositivo de control 20 cuando sobrepasan una
cantidad que puede ser predeterminada y/o cuando estas variaciones
se determinan para un tiempo que puede ser predeterminado.
Por supuesto, en lugar de detectar la densidad
del aire, también es posible predeterminar un valor para la
densidad del aire en el emplazamiento en cuestión. Aquí se tiene en
cuenta, por ejemplo, también la altura por encima del nivel medio
del mar de la instalación de energía eólica o del barco del rotor de
la instalación de energía eólica. Por consiguiente, también puede
predeterminarse un valor medio para la densidad del aire
correspondiente a la altura predeterminada y almacenarse en el
dispositivo de control. Gracias a la invención, la curva de
potencia correspondiente de una instalación de energía eólica se
adapta de esta forma también a la densidad del aire correspondiente
al lugar de la instalación de energía eólica. Esto permite mantener
el rendimiento de la instalación de energía eólica siempre en el
valor máximo posible, concretamente también en casos en los que la
densidad del aire varía considerablemente o cuando la instalación de
energía eólica se instala varios cientos de metros por encima del
nivel medio del mar, incluso si la curva de potencia característica
determina en primer lugar para un emplazamiento a una altura de 00
por encima del nivel medio del mar.
Claims (7)
1. Procedimiento para el control de una
instalación de energía eólica con un generador eléctrico (12) usando
datos estadísticos de la densidad del aire, introducidos y/o
medidos en el emplazamiento de la instalación de energía eólica, en
el que se controla el generador (12) de la instalación de energía
eólica mediante un dispositivo de control (20) que procesa los
datos de la densidad del aire, caracterizado porque en
función de la densidad del aire se ajustan datos de potencia del
generador (12), en particular, una potencia de excitación conducida
al generador (12).
2. Instalación de energía eólica con un
generador eléctrico (12) y un dispositivo de control (20) para
dirigir el funcionamiento del generador (12) de la instalación de
energía eólica, en el que se prevén medios para detectar y/o
ajustar datos de la densidad del aire, en el que los datos de la
densidad del aire detectados y/o ajustados se procesan en el
dispositivo de control (20), caracterizado porque pueden
ajustarse datos de potencia de la potencia que ha de suministrar
por el generador (12) de la instalación de energía eólica, en
particular, una potencia de excitación conducida al generador (12)
teniéndose en cuenta los datos de la densidad del aire detectados
y/o ajustados.
3. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 2, caracterizado porque está previsto un
dispositivo de medición (16, 18) para detectar la densidad del
aire, en el que el dispositivo de medición (16, 18) está conectado
con el dispositivo de control (20).
4. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 3, caracterizado porque el dispositivo de
medición (16, 18) comprende al menos un dispositivo para detectar
la presión atmosférica (16) y la temperatura (18) en el
emplazamiento de la instalación de energía eólica.
5. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
valor o los datos que corresponden a la densidad del aire
correspondiente pueden predeterminarse mediante medios de entrada y
se almacenan en el dispositivo de control (20).
6. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
dispositivo de control (20) comprende un microprocesador en el que
los datos de la densidad del aire se procesan de forma conjunta con
un programa de control de la instalación de energía eólica.
7. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
dispositivo de control tiene en cuenta la altura del lugar de
instalación de la instalación de energía eólica y/o la altura de la
instalación de energía eólica.
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