ES2901733T3 - Procedimiento para operar una central de energía eléctrica de ciclo combinado y central eléctrica de ciclo combinado - Google Patents

Abstract

Procedimiento para operar una unidad de potencia a gas, es decir, una disposición que genera un gas, por ejemplo, hidrógeno y / o metano y / o similares, a partir de energía eléctrica, donde, para generar el gas, la unidad de potencia a gas (23) extrae potencia eléctrica de una manera controlada de una red eléctrica (18), a la que está conectada la unidad de potencia a gas (23), en el que la red (18) tiene un valor de consigna de frecuencia predeterminado o un rango de valores de consigna de frecuencia predeterminado, donde la unidad de potencia a gas (23) reduce la extracción de potencia eléctrica en un valor predeterminado, o no extrae potencia eléctrica, cuando la frecuencia de red desciende con un gradiente de frecuencia, específicamente con un cambio por unidad de tiempo (Δf / Δt), cuya magnitud excede una magnitud de cambio predeterminada, donde la unidad de potencia a gas (23) está acoplada a una instalación de energía eólica o un parque eólico y la unidad de potencia a gas (23) y la instalación de energía eólica (1) y / o el parque eólico forman una central eléctrica de ciclo combinado y se operan preferiblemente como tal, de modo que la energía eléctrica que la unidad de potencia a gas (23) extrae es generada por la instalación de energía eólica (1) y / o el parque eólico y donde la instalación de energía eólica y / o el parque eólico genera energía eléctrica con condiciones de viento dadas y alimenta dicha energía a una red eléctrica conectada, y la unidad de potencia a gas (23) recibe una proporción predeterminada específica de la energía eléctrica generada por la instalación de energía eólica y / o parque eólico y la utiliza para la producción de un gas, donde la frecuencia de red así como el gradiente de frecuencia se miden constantemente, por ejemplo, la frecuencia de red se mide cada 200 microsegundos, y cuando se detecta la superación del gradiente de frecuencia predeterminado, en un dispositivo de control y procesamiento de datos, que detecta y determina los valores presentados y nombrados, se genera una señal de control y se utiliza dicha señal de control para ser transmitida instantáneamente al dispositivo de control de la unidad de potencia a gas (23), donde la extracción de potencia de la red de la unidad de potencia a gas, mediante bloqueo y / o la apertura de interruptores, por ejemplo, IGBT, transistor bipolar de puerta aislada, de un rectificador, puede detener la extracción de energía eléctrica de la red, donde para este propósito no es necesario un aislamiento galvánico de la unidad de potencia a gas de la red.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para operar una central de energía eléctrica de ciclo combinado y central eléctrica de ciclo combinado

Las instalaciones de energía eólica se conocen desde hace mucho tiempo y se utilizan ampliamente.

Las instalaciones de energía eólica se producen como instalaciones individuales o como un parque eólico, que consta de un gran número de instalaciones de energía eólica individuales. A dispositivos generadores de energía como instalaciones de energía eólica, pero también a sistemas solares y similares, se les requiere cada vez más que, si la frecuencia de red eléctrica a la que la instalación de energía eólica, el parque eólico o el sistema solar alimenta su energía eléctrica, cae por debajo de un cierto valor de frecuencia de red, que está por debajo del valor de consigna, se alimente una contribución mayor potencia a la red con el fin de respaldar la red de esta manera.

Como es bien sabido, el valor de consigna de frecuencia de una red eléctrica en la red alemana o europea es de 50 Hz, en los EE. UU. es de 60 Hz. Otros países han adoptado las regulaciones correspondientes.

Este valor de consigna de frecuencia se puede alcanzar relativamente bien si la energía extraída por los consumidores conectados a la red es aproximadamente tan grande como la energía eléctrica que generan las unidades generadoras y que se alimenta a la red eléctrica.

Por tanto, el valor de la frecuencia de red es siempre una medida del equilibrio entre la generación eléctrica, por un lado, y el consumo eléctrico, por otro.

Sin embargo, si el consumo excede la generación, es decir, si se extrae más energía eléctrica de la red de la que se alimenta a la red eléctrica, la frecuencia de red cae.

Para ello, el control y la gestión de red de la red eléctrica proporcionan una amplia variedad de medidas para respaldar la red, en particular para contrarrestar la disminución de la frecuencia de red, de modo que el valor de la frecuencia vuelva a entrar en el rango de valores de consigna.

Pero si la frecuencia de red cae por debajo de un primer valor predeterminado de frecuencia de red, por ejemplo, 49 Hz o 48 Hz (este primer valor de frecuencia de red predeterminado puede asumir un valor específico completamente diferente, que depende regularmente de la topología de red específica de la red), la gestión de red toma ciertas medidas, por ejemplo, se reduce también el consumo de potencia de grandes consumidores controlables o incluso se separan completamente de la red y / o se ponen en funcionamiento determinadas centrales de reserva y se aumenta su producción.

Las turbinas eólicas o los dispositivos solares que generan energía eléctrica pueden actuar de manera especial para respaldar la red en caso de una frecuencia inferior, pero esto a menudo no es suficiente.

Aunque ya se ha propuesto hacer funcionar las instalaciones de energía eólica por debajo de su óptimo, es decir, por debajo de su curva de potencia, de modo que se pueda activar una reserva de potencia en caso de una frecuencia inferior, esta solución no es muy eficaz porque esto también significa que para el período en que no se baje de la primera frecuencia de red predeterminada, la energía o la potencia de salida de la instalación de energía eólica es solo subóptima y, por lo tanto, no se genera la cantidad de energía eléctrica que podría suministrar la energía eólica, lo que en general reduce considerablemente la eficiencia de la instalación de energía eólica.

También se ha propuesto ya, en el caso de una cierta frecuencia inferior, brevemente durante un cierto período de tiempo, por ejemplo, unos cientos de milisegundos o unos segundos, extraer más energía eléctrica del generador de una instalación de energía eólica de la que puede generar el viento. Esto es completamente posible debido a la inercia del generador, pero también conduce a que el generador produzca una potencia eléctrica significativamente menor después del aumento de potencia de salida (operación de inercia). En la figura 1 se muestra un ejemplo típico de la curva de potencia activa de una instalación de energía eólica con emulación de inercia ("Windblatt 03/2010", páginas 8 y 9).

También se puede encontrar una solución similar a la descrita en la fuente mencionada anteriormente en los documentos WO 2010/108910 o WO 01/86143.

También se hace referencia a los documentos DE 102009018126 A1, WO 2010 / 048706A1, CA 2.511.632 A1 y WO 2011/060953.

El documento de Bentarzi et al. "A New Approach Applied to Adaptive Centralized Load Shedding Scheme" aborda los desequilibrios entre la energía generada y consumida en la red, lo que conduce a cambios de frecuencia en la red y los enfoques para contrarrestar estos cambios. También se hace referencia a los documentos WO 2010/108910 A2, JP 2011-244544 A, EP 1993 183 A1, JP 2007-60742 A y EP 1739824 A2 como estado de la técnica.

El enfoque anterior de utilizar en última instancia la reserva instantánea de la masa de giro rotante del rotor y generador de la instalación de energía eólica puede, en el mejor de los casos, dar como resultado un aumento de potencia que se alimenta a la red durante un intervalo de 10 a 20 segundos.

Otro problema es que se necesitan algunos cientos de milisegundos, si no segundos, hasta que la activación del evento de conmutación, por ejemplo, la caída por debajo del primer valor de frecuencia de red predeterminado, por ejemplo, 49,7 Hz, - y / o la superación un gradiente de frecuencia predeterminado (AF / At), pueda poner a disposición el mayor consumo de energía.

Por tanto, el objeto de la presente invención es mejorar el respaldo de red previo en forma de emulación de inercia, en particular para reducir el tiempo de respuesta cuando se supera un cierto gradiente de frecuencia y, en particular, en tal caso, para poner a disposición el aumento de potencia eléctrica por un período de tiempo más largo que antes con el fin de respaldar la red mejor que antes en el caso de un determinado gradiente de frecuencia, en particular, para hacer una contribución a la estabilidad de la frecuencia.

El objetivo se consigue con un procedimiento según la reivindicación 1 o un dispositivo según la reivindicación 3. En las reivindicaciones dependientes se describen perfeccionamientos ventajosos.

En la emulación de inercia conocida por medio de una instalación de energía eólica, el tiempo de reacción, es decir, el tiempo entre el evento de activación, por ejemplo, caer por debajo de un valor de frecuencia de red predeterminado o exceder una caída de frecuencia de red predeterminada (gradiente de frecuencia), es aproximadamente de 200 a 500 o incluso 600 milisegundos.

Con la invención, este tiempo de reacción se puede reducir drásticamente, por ejemplo, hasta valores en el rango de unos pocos milisegundos, por ejemplo, de 5 a 10 milisegundos, menos de 20 o menos de 100 ms.

Por lo tanto, la potencia adicional está disponible mucho más rápidamente en el caso de frecuencia inferior y / o en el caso de una caída de frecuencia de red predeterminada (gradiente de frecuencia) que como hasta ahora.

La razón del tiempo de respuesta significativamente más rápido es que, como hasta ahora, la frecuencia de red, así como también el gradiente de frecuencia, se mide constantemente, por ejemplo, cada 200 microsegundos (|js) se puede registrar la frecuencia de red, e igualmente de forma de rápida, eventualmente un poco más lenta, la caída de frecuencia, es decir, el gradiente de frecuencia, también se puede registrar.

Si se detectan estos criterios de activación o conmutación, es decir, una caída por debajo de una frecuencia de red predeterminada, por ejemplo, 49,8 Hz y / o una superación de una caída de frecuencia de red predeterminada (gradiente de frecuencia), por ejemplo, 20-30 mHz / s, se genera una señal de control en un dispositivo de control y procesamiento de datos, que registra y determina los valores presentados nombrados y esta señal se utiliza para ser instantáneamente enviada al dispositivo de control de una unidad de potencia a gas que, donde la extracción de potencia de la red de la unidad de potencia a gas mediante bloqueo y / o la apertura de interruptores, por ejemplo, transistor bipolar de puerta aislada IGBT, de un rectificador, puede detener la extracción de energía eléctrica de la red, donde para este propósito no es necesario un aislamiento galvánico de la unidad de potencia a gas de la red. La unidad de potencia a gas requiere para la electrólisis, en particular, una corriente continua que puede estar disponible mediante un rectificador cuando se conecta a la red. Este rectificador tiene los interruptores antes mencionados, por ejemplo, del tipo IGBT, y cuando se abren o se desconectan estos interruptores, el flujo de potencia eléctrica de la red se detiene inmediatamente y por lo tanto la potencia eléctrica consumida previamente de la unidad de potencia-gas esta rápidamente disponible también para la red.

Por tanto, la invención permite una reacción a un gradiente de frecuencia predeterminado, siendo el tiempo de reacción más de un orden de magnitud más rápido que como hasta ahora (200-600 ms) y por tanto puede contrarrestarlo de inmediato, en particular en caso de una gran caída de frecuencia, por ejemplo, debido a la falla en una gran central eléctrica de 1000 MW para evitar alcanzar ciertos valores de frecuencia inferior. Si se alcanzan determinados valores de frecuencia inferior, por ejemplo, un valor de frecuencia de 49 Hz, el control de red elimina automáticamente ciertas cargas y, en general, esto da como resultado una mayor inestabilidad de toda la red eléctrica, por lo que deben tomarse más medidas para estabilizar toda la red.

El valor específico que se establece para la frecuencia inferior para que la extracción de potencia eléctrica de la unidad de potencia a gas se detenga como se sugiere, debe determinarse individualmente para cada proyecto. En una red interconectada, por ejemplo, un valor de frecuencia inferior preferido debería ser aproximadamente 49,8 Hz.

En una red autónoma, sin embargo, este valor de frecuencia inferior debe diseñarse para ser más bajo, por ejemplo, de 49 o incluso de 48 Hz.

El valor de la caída de frecuencia, es decir, del gradiente de frecuencia negativo, también se puede configurar individualmente. Es deseable que esta caída de frecuencia o gradiente de frecuencia negativo esté en el rango de 20 a 50 mHz por segundo o hasta 1 a 2 Hz / seg. Valores para valores de gradiente de frecuencia más altos son posibles, pero esto significa que este evento de activación / conmutación a menudo no se alcanza.

Controlando la unidad de potencia a gas en función de la presencia de un evento de frecuencia predeterminado en la red eléctrica, como se describe, es posible contribuir al respaldo de la red en un grado considerable.

Es particularmente ventajoso hacer funcionar la unidad de potencia a gas como parte de una central eléctrica de ciclo combinado, donde dentro de la central eléctrica de ciclo combinado se genera la potencia eléctrica, que también es consumida por la unidad de potencia a gas y donde la potencia que es generada dentro de la central eléctrica de ciclo combinado, pero que no es consumida por la unidad de potencia a gas, se alimenta a una red eléctrica conectada, por ejemplo, también como servicio continuo.

Se prefiere aquí que el consumo de la unidad de potencia a gas en funcionamiento normal ascienda a aproximadamente 2 a 10%, preferiblemente aproximadamente 5% de la potencia del sistema de los generadores eléctricos de la central eléctrica de ciclo combinado.

Por ejemplo, si la central eléctrica de ciclo combinado tiene una instalación de energía eólica con una potencia nominal de 5 MW, el consumo nominal de la unidad de potencia a gas debe estar en el rango de aproximadamente 300 a 500 kW.

La unidad de potencia a gas se puede conectar al generador eléctrico de la central eléctrica de ciclo combinado de varias formas. Por ejemplo, es posible reubicar la conexión eléctrica de la unidad de potencia a gas al terminal de salida de la instalación de energía eólica, el parque eólico o el dispositivo solar (fotovoltaico). Sin embargo, también es posible, si la instalación de energía eólica o el parque eólico tiene un circuito intermedio de corriente continua, colocar la conexión eléctrica de la unidad de potencia a gas en este circuito intermedio, lo que tendría la ventaja de que no hay necesidad de un inversor. Sin embargo, también es posible que la unidad de potencia a gas esté conectada a la red eléctrica y extraiga la potencia de ahí y dado que la unidad de generación eléctrica de la central eléctrica de ciclo combinado alimenta su energía eléctrica en esta red, se puede conseguir así uno cierto distanciamiento espacial entre la unidad generadora de la central de ciclo combinado, es decir, una instalación de energía eólica, un parque eólico o una instalación solar, y la unidad de potencia a gas, si la unidad de generación y la unidad de potencia a gas están conectadas a la red y, por otra parte, la unidad de generación y la unidad de potencia a gas están conectados entre sí a través de líneas de control, datos de comunicación apropiadas, ya sean por cable (fibra óptica, guías de onda de luz) o de forma inalámbrica, para que en caso de una caída por debajo de una frecuencia inferior predeterminada o en caso de exceder una caída de frecuencia red propuesta según la invención, se aumente la potencia puesta a disposición de la red.

Siempre que no haya una caída por debajo de la frecuencia inferior o una caída de frecuencia de red predeterminada (gradiente de frecuencia), la unidad de potencia a gas extrae energía eléctrica de manera controlada y la usa para generar un gas, ya sea hidrógeno o metano o similar. Tal unidad de potencia a gas, en la que el gas se genera a partir de energía eléctrica, es, por ejemplo, conocida de la empresa SolarFuel y también mostrado en la Fig. 1 en el resumen.

La unidad de potencia a gas se puede controlar de varias formas.

De acuerdo con la invención, la unidad de potencia a gas extrae siempre y constantemente una potencia eléctrica específica, por ejemplo, su potencia nominal, por ejemplo, en el caso de una unidad de potencia a gas con una potencia nominal de 1 MW, siempre se extrae una potencia eléctrica de 1 MW y se genera constantemente una cantidad correspondiente de gas a partir de esta potencia eléctrica.

En caso de una frecuencia inferior o si se excede un gradiente de frecuencia predeterminado, es posible, deteniendo la electrólisis o la metanización, poner a disposición de la red eléctrica casi instantáneamente, en cualquier caso, en unos pocos milisegundos, una mayor potencia eléctrica, es decir, el 10 o el 20 o más por ciento de la potencia generada por la unidad generadora.

Esto significa que no solo se puede respaldar la red en el caso de una frecuencia inferior, sino que para el funcionamiento nominal de la red en el rango del valor de consigna de frecuencia, se puede también alimentar una carga base eléctrica constante a la red, y por tanto una carga eléctrica fluctuante, que ocurre, por ejemplo, debido a las constantes fluctuaciones del viento o, en el caso de un sistema fotovoltaico, debido a la luminosidad fluctuante, no se pondrá a disposición de los consumidores en la red, y por lo tanto, en particular, una porción fluctuante de la potencia eléctrica de la unidad generadora no se pone a disposición de la red ni de sus consumidores. De esta manera, la central eléctrica de ciclo combinado es capaz de una carga base mediante la frecuencia inferior estabilizadora de red descrita o cuando se excede un gradiente de red predeterminado y, por lo tanto, aumenta su rendimiento de alimentación de red.

La invención propone operar una unidad de potencia a gas de modo que, cuando se baje de un primer valor de frecuencia, por ejemplo, un valor de 49 Hz, la unidad de potencia a gas reduzca la extracción de energía de la red o incluso se detenga por completo, desconectando la unidad de potencia a gas de la red. Esto significa que hay menos milisegundos y una cantidad significativamente mayor de potencia eléctrica disponible para la red a largo plazo, que anteriormente era extraída de la red por la unidad de potencia a gas.

Como se mencionó, también es posible que la instalación de energía eólica o el parque eólico se operen de tal manera que siempre se operen durante una duración prevista específica, por ejemplo, de 10 a 30 minutos, con una cierta potencia constante, alimente energía eléctrica en la red y la energía eléctrica que se genera por la instalación de energía eólica o el parque eólico o el sistema fotovoltaico más allá de la contribución constante, sea entonces utilizada por la unidad de potencia a gas, de modo que desde el punto de vista de la red, la central de ciclo combinado genera energía eléctrica constante, al menos durante un período de tiempo predeterminado, donde este período de tiempo se puede ajustar por el operador de la red a través de una línea de datos correspondiente o por el operador de la instalación de energía eólica o el parque eólico o el sistema fotovoltaico a través de una línea de datos correspondiente y, en el caso de que se baje de, o se alcance, el primer valor de frecuencia de red y / o se exceda una caída de frecuencia, la extracción de energía eléctrica por la unidad de potencia a gas se reduce a continuación o se detiene por completo como se describe anteriormente, de modo que la potencia eléctrica, que se extraía previamente por la unidad de potencia a gas, esté siempre disponible como contribución de potencia.

La ventaja de la solución anterior no es solo que siempre se puede solicitar una "contribución de cuasi inercia" de la central de ciclo combinado, sino que la potencia eléctrica alimentada también se puede estabilizar al mismo tiempo y, por lo tanto, la central combinada incluso puede entregar a la red, dentro de ciertos límites, incluso una carga de base.

Los datos meteorológicos también se utilizan para determinar la duración de la potencia constante que se alimentará.

Un ejemplo puede aclarar esto:

Por ejemplo, si la velocidad actual del viento es de 7 m / seg. y se dispone de un pronóstico meteorológico según el cual en los próximos 30 minutos la velocidad del viento no caerá por debajo de los 5 m / seg., el valor de 5 m / seg., posiblemente con un margen de seguridad, por ejemplo 4.5m / seg., se proporciona como medida de la potencia eléctrica constante a entregar. La energía eléctrica que se extrae a partir de los primeros 4,5 m / seg. de velocidad del viento, se alimenta continuamente a la red eléctrica de forma constante durante, por ejemplo, 30 minutos.

Siempre que el viento dentro del período de pronóstico de 30 minutos, es decir, los próximos 30 minutos, sople con una fuerza de más de 4.5m / seg., la potencia eólica aumentada asociada también es "cosechada" como de costumbre por una instalación de energía eólica, pero la que está por encima de 4,5 m / seg. irá a la energía que irá a la potencia eléctrica que se pone a disposición directa o indirectamente de la unidad de potencia a gas.

Si la reducción de la extracción de potencia de la unidad de potencia a gas y el aumento asociado de la alimentación eléctrica a la red (la potencia no extraída equivale al aumento de la potencia de alimentación) y la frecuencia de red se recuperan más rápido que hasta ahora, la unidad de potencia a gas no se conecta de nuevo inmediatamente o la extracción de energía no se pone en marcha de nuevo inmediatamente cuando se supera el primer valor de frecuencia de red, sino que espera hasta que el valor de frecuencia de red de nuevo asuma un valor de consigna que corresponde a se acerque al del valor de consigna o se incluso esté por encima del valor de consigna, es decir, asuma un valor de más de 50 Hz.

La extracción de potencia de la unidad de potencia a gas solo se vuelve a poner en marcha cuando la frecuencia de red se ha recuperado y, por lo tanto, hay nuevamente una estabilidad de la red relativamente alta.

También se sabe que cuando la frecuencia de red excede un cierto valor, por ejemplo, un 5 por mil por encima de su valor de consigna, es decir, aproximadamente 50,25 Hz, se lleva a cabo una reducción en la alimentación eléctrica de la energía eólica y, a medida que la frecuencia de red sigue aumentando, la potencia alimentada desde la instalación de energía eólica se reduce aún más.

En la técnica anterior, esto se hace de manera regular inclinando las palas o consumiendo la potencia eléctrica puesta a disposición por el generador en un chopper, es decir, una resistencia, de modo que, en última instancia, se alimenta a la red una energía eléctrica reducida.

Como se describe, una unidad de potencia a gas puede generar gas a partir de corriente eléctrica, por ejemplo, hidrógeno o metano o similares, es decir, un gas apto para la combustión, pero sobre todo como combustible para un motor. Al instalar grandes parques eólicos, de todos modos, son necesarias grandes unidades, que hasta ahora se han operado regularmente con diésel, gasolina o similares. Si ahora tales unidades se convierten a combustión de gas, por ejemplo, CH4 (metano), el gas que se genera con la unidad de potencia a gas, también se puede utilizar para impulsar las unidades eléctricas con las que se instala un parque eólico.

Si, por ejemplo, se instala una instalación de energía eólica en un área remota, la energía eléctrica que genera esta primera instalación de energía eólica se puede utilizar en una unidad de generación de potencia a gas para generar el gas, de modo que las otras plantas de energía eólica del parque eólico se puede construir con el gas, haciendo que el gas esté disponible para las unidades de accionamiento, es decir, grúas, camiones, vehículos, etc., que son necesarios para la creación de las instalaciones de energía eólica de un parque eólico. Por lo tanto, el parque eólico no necesitaría combustibles fósiles para construirlo, sino que podría funcionar con "gas verde", es decir, por ejemplo, gas eólico de la manera descrita, lo que mejora el equilibrio ecológico general del parque eólico. En áreas remotas en particular, la compra de combustible es a menudo engorrosa, a menudo difícil, por lo que los combustibles en sí son muy costosos y la producción de combustible en el sitio también puede reducir los costos de adquisición del combustible que se requiere para que las unidades instalen parque eólico. Si la unidad de potencia a gas se aloja en un contenedor o similar, el contenedor con la unidad de potencia a gas se puede transportar al siguiente sitio de construcción después de que se haya instalado el parque eólico.

La invención se explica a continuación con más detalle utilizando un ejemplo de realización en los dibujos.

Fig. 1a muestra la vista de una instalación de energía eólica,

Fig. 1b muestra la estructura y la conexión típicas de una instalación de energía eólica,

Fig. 2 muestra una vista de una central eléctrica de ciclo combinado, que consta de una instalación de energía eólica y una unidad de potencia a gas,

Fig. 3 muestra la estructura típica de una unidad de potencia a gas en el sistema energético (estado de la técnica; SolarFuel),

Fig. 4 muestra un ejemplo de la distribución de potencia antes y después de caer por debajo de un valor de frecuencia inferior predeterminado,

Fig. 5 muestra la distribución de la potencia de la central de ciclo combinado antes y después de exceder una caída de frecuencia predeterminada,

Fig. 6 muestra una variante según la invención.

A continuación, los mismos números de referencia pueden denotar los mismos elementos, pero también elementos similares, no idénticos. En aras de la integridad, a continuación, se explica una instalación de energía eólica con un generador síncrono y un concepto sin engranajes con un convertidor completo.

La Fig. 1a muestra esquemáticamente una góndola 1 de una instalación de energía eólica sin engranajes. El buje 2 se puede ver debido a que el revestimiento (spinner) se muestra parcialmente abierto. Tres palas de rotor 4 están unidas al buje, donde solo se muestra la región de las palas de rotor 4 que está cerca del buje. El buje 2 con las palas del rotor 4 forma un rotor aerodinámico 7. El buje 2 está conectado de manera mecánica firmemente al rotor 6 del generador, que también se puede denominar rodete 6 y se denominará a continuación rodete 6. El rodete 6 está montado de forma giratoria con respecto al estator 8.

El rodete 6 se energiza durante su rotación con respecto al estator 8, normalmente con una corriente continua, para generar un campo magnético y generar un par del generador o contrapar del generador, que también se puede ajustar y cambiar en consecuencia mediante esta corriente de excitación. Si el rodete 6 se excita así eléctricamente, su rotación con respecto al estator 8 genera un campo eléctrico en el estator 8 y, por tanto, una corriente eléctrica alterna.

La corriente alterna generada en el generador 10, que está constituido fundamentalmente por el rodete 6 y el estator 8, se rectifica mediante un rectificador 12 según la estructura representada en la figura 1b. La corriente rectificada o la tensión rectificada se convierte entonces con la ayuda de un inversor 14 en un sistema trifásico con la frecuencia deseada. El sistema de corriente-tensión trifásico generado de esta manera se aumenta, en particular, en tensión por medio de un transformador 16 para ser alimentado a una red eléctrica 18 conectada. Teóricamente, se podría prescindir del transformador o podría ser reemplazado por un estrangulador. Normalmente, sin embargo, los requisitos de voltaje en la red eléctrica 18 son tales que es necesaria una transformación escalonada por medio de un transformador.

Para el control se utiliza un control principal 20, que también puede denominarse unidad de control principal y que forma la unidad de regulación y control superior de la instalación de energía eólica. El control principal 20 recibe información, entre otras cosas, sobre la frecuencia de red de la unidad de medición de red 22 subordinada. El controlador principal controla el inversor 14 y el rectificador 12.

En principio, por supuesto, también se podría utilizar un rectificador no controlado. Además, el control principal 20 controla un controlador de corriente continua CC 24 para alimentar la corriente de excitación al rodete 6, que es parte del generador 10. El control principal 20 modifica, entre otras cosas, la alimentación o el punto de funcionamiento del generador cuando la frecuencia de la línea cae por debajo de un valor límite predeterminado. Dado que el generador funciona a una velocidad variable, la alimentación a la red se lleva a cabo como se describe con un convertidor completo, que está esencialmente formado por el rectificador 12 y el inversor 14.

Durante el funcionamiento, la tensión de la red y la frecuencia de red se miden permanentemente trifásicamente mediante la unidad de medición de red 22. La medición da como resultado, al menos en el caso de una frecuencia de red de 50 Hz, un nuevo valor para una de las tensiones trifásicas cada 3,3 ms. De este modo, la frecuencia de red se registra, filtra y compara con los valores límite preestablecidos para cada media onda de tensión. Para un sistema de 60 Hz, un valor para uno de los voltajes trifásicos estaría disponible aproximadamente cada 2,7 ms, es decir, aproximadamente en cada cruce por cero.

La figura 2 también muestra que la instalación de energía eólica está conectada eléctricamente a una unidad de potencia a gas 23.

Una unidad de potencia a gas 23 de este tipo ya se conoce en diversas formas, por ejemplo, también por el documento WO 2009/065577. Una unidad de potencia a gas de este tipo también se conoce de la compañía SolarFuel (www.SolarFuel.de) y también se muestra esquemáticamente en la Fig.3. En tal unidad de potencia a gas, el hidrógeno se genera inicialmente por medio de electrólisis, para lo cual la potencia eléctrica se extrae de una instalación de energía eólica, una fuente solar o una fuente de biomasa (con generación eléctrica), y esta unidad de potencia a gas 23 tiene también preferiblemente tiene una unidad de metanización, que utiliza el hidrógeno generado a para producir metano (CH4) usando otra fuente de CO2. El gas generado, ya sea hidrógeno o metano, puede alimentarse a un tanque de almacenamiento de gas o en una red de gasoductos, por ejemplo, una red de gas natural.

Finalmente, la unidad de potencia a gas 23 también tiene un controlador 24, que se puede operar a través de una línea de comunicación, ya sea cableada (por ejemplo, tiras de ondas de luz LWL) o de forma inalámbrica, que se conecta al control principal 20 de la instalación de energía eólica.

La unidad de potencia a gas es una unidad en la que se utiliza energía eléctrica para producir finalmente un gas combustible.

Por ejemplo, la generación de hidrógeno generalmente requiere electrólisis, por lo que la unidad de potencia a gas tiene un electrolizador para este propósito, que consume energía eléctrica y, de ese modo produce hidrógeno.

En la unidad de potencia a gas, el metano también se puede producir combinando el hidrógeno y un dióxido de carbono, que se obtiene, por ejemplo, del aire o se pone a disposición desde un tanque de CO2 o se pone a disposición desde una planta de biogás conectada, en unidad de una metanización se produce gas metano (CH4).

Este gas metano puede ponerse a disposición de una instalación de almacenamiento de gas conectada o alimentarse a una red de gas.

En el ejemplo que se muestra en la Fig.3, se forma una planta de gas y vapor o una central térmica tipo bloque en la que el gas de combustión se quema en un motor de combustión interna, de modo que se pueda generar energía eléctrica en un generador eléctrico conectado al motor de combustión interna, que a su vez puede entonces ponerse a disposición de la red eléctrica.

La instalación de energía eólica puede ser una sola instalación, pero también puede representar un parque eólico que consta de un gran número de instalaciones de energía eólica.

La instalación de energía eólica tiene el controlador principal 20 con un dispositivo de control y procesamiento de datos. Este dispositivo de procesamiento de datos tiene, entre otras cosas, una entrada de datos 25, a través de la cual los datos de pronóstico del viento se ponen a disposición del dispositivo de procesamiento de datos. El dispositivo de procesamiento de datos 20 crea a partir de estos datos de pronóstico del viento para un período de pronóstico predeterminado, por ejemplo, 20, 30, 40, 50 o 60 minutos o más, un pronóstico de viento y también puede determinar de manera muy confiable un rendimiento de pronóstico basado en el pronóstico de viento creado debido al procesamiento de la curva de potencia de la instalación de energía eólica o el parque eólico, es decir, una potencia eléctrica mínima que es en última instancia constante de forma confiable para ponerse a disposición de la red.

Al mismo tiempo, la instalación de energía eólica o el parque eólico determina constantemente, por ejemplo, a intervalos de 5 a 10 segundos, la potencia eléctrica actual de la instalación de energía eólica, que depende del viento actual.

La potencia actual de la energía eólica, que está por encima de la potencia prevista (potencia mínima), se alimenta al dispositivo de control y procesamiento de datos 24 de la unidad de potencia a gas 23 como información, fecha, señal, etc., de modo que la unidad de potencia a gas 23 especifique el consumo eléctrico.

Si, por ejemplo, se ha fijado una potencia prevista de 1 megavatio (MW) en la instalación de energía eólica o en el parque eólico, pero la instalación de energía eólica o el parque eólico genera actualmente una potencia de 1,3 MW, la diferencia, es decir, 300 kW, se determina como el valor y el dispositivo de control y procesamiento de datos 24 de la unidad de potencia a gas 23 recibe este valor como un valor de control, de modo que la unidad de potencia a gas 23 se hace funcionar entonces de acuerdo con un consumo de 300 kW.

Si cae el viento ligeramente y luego la salida de corriente es sólo el 1,2 MW, el consumo eléctrico de la unidad de potencia a gas también cae a 200 kW, si el viento se eleva de manera que la instalación de energía eólica o parque eólico genera 1,4 MW, el consumo de la unidad de potencia a gas aumenta en consecuencia a 400 kW, etc.

Una vez que ha expirado el período de pronóstico, se crea un nuevo pronóstico y se define una nueva potencia constante (nueva potencia de pronóstico) para este nuevo pronóstico.

A través de la línea de datos común 26 entre el dispositivo de control y procesamiento de datos de la instalación de energía eólica o el parque eólico, por un lado, y el dispositivo de control y procesamiento de datos de la unidad de potencia a gas, por otro lado, datos de viento actual o los datos sobre el consumo de energía de la unidad de potencia a gas también pueden ser intercambiados con el fin de garantizar el suministro constante de la potencia mínima constante alimentada en la red eléctrica.

El dispositivo de control y procesamiento de datos 20 también está conectado a un controlador 27 o un centro de control para controlar la red eléctrica de la red de corriente, de modo que los valores de la alimentación eléctrica constante en la red eléctrica siempre se puedas solicitar o estén allí disponibles.

Si la velocidad actual del viento y, por lo tanto, la potencia eléctrica generada por la instalación de energía eólica o el parque eólico cae por debajo de la potencia pronosticada, el consumo eléctrico de la unidad de potencia a gas se reduce a "cero" (o al valor más bajo posible), y simultáneamente se puede poner en marcha una central energética de vapor y de ciclo combinado o central térmica tipo bloque (Blockheizkraftwerk) BHKW 28 para poner a disposición potencia eléctrica adicional que no puede ser proporcionada por la instalación de energía eólica o el parque eólico, por lo que, como resultado, la potencia eléctrica pronosticada sea puesta a disposición de forma fiable a disposición de la red de corriente, si es necesario aún más, operando la central de ciclo combinado aunque más necesario por operativo la central eléctrica de ciclo combinado / BHKW con una potencia superior a la necesaria.

Como se muestra en la Fig. 1b, hay una línea de comunicación y / o datos entre la unidad generadora de la central de energía de ciclo combinado, es decir, por ejemplo, el parque eólico por un lado y la unidad de potencia a gas por otro lado. Los siguientes datos se pueden intercambiar entre las unidades de la central de energía de ciclo combinado a través de esta línea de comunicación y datos, para así controlar el parque eólico por un lado y / o la unidad de potencia a gas por el otro.

Si, por ejemplo, la instalación de energía eólica o el parque eólico registra y mide constantemente la frecuencia de red eléctrica y también registra constantemente la caída de frecuencia, es decir, el gradiente de frecuencia negativo (derivada de la frecuencia según el tiempo; df / dt), los valores correspondientes para la frecuencia de red (valor absoluto) o para la caída de red (gradiente de frecuencia) se envían al dispositivo de control de la unidad de potencia a gas. Sin embargo, también es posible generar en el parque eólico, a partir de la presencia de ciertos valores de frecuencia predeterminados o valores de gradiente de frecuencia predeterminados, un comando de conmutación correspondiente para detener la unidad de potencia a gas y luego transmitir este comando de conmutación a la unidad de potencia a gas. También es posible que la unidad generadora, es decir, el parque eólico, transmita el valor actual de la potencia eléctrica generada actualmente a la unidad de potencia a gas, de modo que siempre se opere de tal manera que no se consuma más energía eléctrica de la generada por la unidad de generación.

También es ventajoso que la unidad de potencia a gas, por su parte, transmita siempre el valor de la potencia de consumo eléctrico actual de toda la unidad de potencia a gas a la unidad de generación de modo que pueda controlarse en consecuencia.

También es ventajoso que el parque eólico y / o la unidad de potencia-gas tenga una entrada de datos, de modo que un controlador o la unidad central para el control de una red siempre puede especificar la potencia que la unidad de potencia a gas debe extraer, de modo que esta potencia esté disponible de manera segura como potencia para el respaldo de la red, en caso de que se baje de un valor de frecuencia de red predeterminado y / o se produzca una caída de frecuencia de red predeterminada, es decir, un gradiente de frecuencia predeterminado.

En la Fig.4 se muestra que la unidad de potencia a gas extrae una cierta potencia eléctrica (PP-t-G) siempre que la frecuencia de red esté por encima de un cierto valor, por ejemplo, por encima de 49,8 Hz. Si se alcanza o se baja del valor de 49,8 Hz, es decir, si se alcanza un valor de frecuencia inferior predeterminado, el consumo de potencia de la unidad de potencia a gas se detiene apagando o abriendo el interruptor de electrólisis de la unidad de potencia a gas 23 y de este modo, la potencia eléctrica de la unidad de potencia a gas consumida anteriormente está inmediatamente disponible para la red eléctrica porque la potencia consumida anteriormente ya no se requiere de la red. Por lo tanto, la frecuencia puede recuperarse con relativa rapidez; en cualquier caso, la red se respalda deteniendo el consumo eléctrico de la unidad de potencia a gas para una caída de frecuencia inferior predeterminada previamente descrita.

Si la unidad de potencia a gas es parte de una central de energía de ciclo combinada, donde la central de energía de ciclo combinado comprende una unidad generadora, por ejemplo, un parque eólico, la central de energía de ciclo combinada proporciona una potencia a la red eléctrica, que se calcula a partir de la diferencia en la potencia generada por la unidad generadora, por ejemplo, la energía del parque eólico, y la energía consumida por la unidad de potencia a gas. Tan pronto como se alcanza el valor de frecuencia inferior de 49,8 Hz, el consumo de potencia de la unidad de potencia a gas cae a "cero". Dado que el parque eólico siempre genera potencia eléctrica, en el ejemplo que se muestra, la potencia eléctrica que genera la central de ciclo combinado cuando la unidad de potencia a gas deja de extraer potencia eléctrica es igual a la potencia eléctrica de todo el parque eólico y, por lo tanto, se convierte en una proporción significativamente mayor de potencia eléctrica que es puesta a disposición de la red eléctrica cuando se alcanza el valor de frecuencia inferior. La potencia de la central eléctrica de ciclo combinado se muestra en la Fig. 4 mediante la línea discontinua (P central ciclo combinado).

En la figura 5 se muestra un ejemplo en el que el evento de activación para detener el consumo de energía por parte de la unidad de potencia a gas no cae por debajo de un valor de frecuencia de red predeterminado, sino en el que el evento de activación consiste en la presencia de una caída de frecuencia predeterminada, es decir, un gradiente de frecuencia. Por ejemplo, si esto excede un valor de 10 mHz / seg., es decir, si la frecuencia cae más de 10 mili hercios en un segundo, esto se interpreta como una señal de conmutación y la extracción de potencia de la unidad de potencia se para abriendo el interruptor (del rectificador) de la unidad de potencia-gas se detiene o se reduce la extracción de potencia en un valor predeterminado. Por lo tanto, en muy poco tiempo, es decir, en unos pocos milisegundos, por ejemplo, de 5 a 10 mseg., se pone a disposición mucha más potencia eléctrica a la red, porque con la interrupción de la extracción de potencia por parte de la unidad de potencia a gas, toda la potencia eléctrica de la central de energía de ciclo combinado puede ponerse a disposición de la red como potencia eléctrica, mientras que antes de que el evento de activación de conmutación, la unidad de potencia a gas extraía una cierta cantidad de potencia eléctrica de la unidad generadora.

La línea de puntos (Psin invención) en la Fig. 5 muestra cómo se comportaría la frecuencia si la unidad de potencia a gas no se detuviera al producirse una caída de frecuencia determinada, es decir, si ya no extrajese energía adicional, sino que se siguiera extrayendo energía eléctrica como antes. Como se puede ver, la interrupción de la extracción de energía por parte de la unidad de potencia a gas conduce a una cantidad considerable de respaldo a la red, porque con esto se evita que se alcance el límite de 49 Hz, en el que, a más tardar mediante el controlador de red, se “dejarían caer” o serían desconectados, para respaldar la red.

Huelga decir que tanto el criterio de conmutación de acuerdo con la Fig. 4 como el criterio de conmutación según la Fig.5 se puede configurar en una o en la misma instalación (o parque eólico) y es también posible, que mientras la unidad de potencia a gas extrae energía eléctrica, que esta se ajuste de tal manera, que con ella recibe energía eléctrica que está configurado de tal manera que vaya acompañado de una estabilización de la alimentación de la energía eléctrica de la central de ciclo combinado.

Con el dispositivo de potencia a gas descrito, pero también con cualquier otro dispositivo de potencia a gas, también es posible operar instalaciones de energía eólica con un uso significativamente menor de energías convencionales tales como petróleo, diésel, etc. para construir. Para este propósito, primero se instala una instalación de energía eólica más pequeña en el lugar, es decir, donde se están construyendo las instalaciones de energía eólica, el parque eólico o similares, y luego se conecta a una unidad de potencia a gas para que el gas se genere continuamente cuando se opera. Este gas está disponible luego en el sitio de construcción, es decir, en el lugar donde se construyen las instalaciones de energía eólica, el parque eólico o similar, para las unidades ubicadas allí, por ejemplo, para las grúas, que funcionan con este gas, por lo que casi no se tienen que utilizar combustibles fósiles para montar las instalaciones de energía eólicas, el parque eólico o similares, sino que estas unidades como grúas, camiones o similares pueden operarse con el gas, es decir, con el combustible, que se genera en el sitio de la construcción de las instalaciones de energía eólica mediante una unidad de potencia a gas.

Por supuesto, también es posible que el combustible necesario, es decir el gas, se genere por medio de una unidad de potencia a gas que está conectada a una instalación de energía eólica instalada en las inmediaciones.

Entonces también es ventajoso si se construye una instalación de almacenamiento de gas en el sitio de construcción de las instalaciones de energía eólica, que se llena constantemente de gas, para que los consumidores de energía, como grúas, camiones, etc., también puedan continuar repostando con gas, y de esta manera la unidad de potencia y de gas mejora significativamente el balance energético de un proyecto de instalaciones de energía eólica, especialmente el balance de CO2.

Según la reivindicación 1 de la presente solicitud, se describe que la unidad de potencia a gas reduce la extracción de potencia eléctrica en un valor predeterminado o no extrae potencia eléctrica en absoluto cuando la frecuencia de red de la red eléctrica está un valor determinado de frecuencia por debajo de un valor deseado de consigna de frecuencia de red y / o cuando la frecuencia de red cae con un gradiente de frecuencia, es decir, con un cambio por unidad de tiempo (Af /At), cuya magnitud excede una magnitud de cambio predeterminada. Como resultado, la extracción de energía de la unidad de potencia a gas se controla dependiendo de cómo se desarrolle el parámetro de red "frecuencia" en la red eléctrica.

Alternativamente, y yendo más allá de la reivindicación 1, la invención también permite controlar la extracción de energía y, por lo tanto, el funcionamiento de la unidad de potencia a gas en función de otros parámetros de la red, tales como sobrefrecuencia, subtensión de red, sobretensión de red, requisito de potencia reactiva, cortocircuito. circuito, fault-ride-through, zero-ride-through en la red, etc.

En los denominados "eventos de red", es decir, si los parámetros de la red como frecuencia, voltaje, potencia reactiva, etc., superan o caen por debajo de un cierto valor, la potencia de la instalación de energía eólica se reduce regularmente. Con la ayuda de la invención, la potencia de las instalaciones de energía eólica se puede ahora mantener al máximo y la reducción de la potencia alimentada a la red se puede lograr según la invención, haciendo la extracción de energía de la unidad de potencia a gas, y por tanto también la producción de gas producida por el unidad de potencia a gas, dependiente del sobrepaso o caída por debajo de ciertos valores de tensión red, cortocircuito o del sobrepaso de una frecuencia de red, etc., dependiendo de los parámetros de la red antes mencionados, es decir, su aumento o superación de ciertos valores de los parámetros de red.

Si se conecta una unidad de potencia a gas y, según la invención, se hace funcionar a aproximadamente el 90% (± 5%) de su potencia nominal, la extracción de potencia del dispositivo de potencia a gas se puede aumentar de nuevo dependiendo en los parámetros de red descritos anteriormente, de forma que se alimente menos potencia eléctrica de las instalaciones de energía eólica a la red, pero al mismo tiempo se incremente la producción de gas de manera que, al contrario que como hasta ahora, la potencia de las instalaciones de energía eólica no se reduzca y por tanto una parte potencial de la energía eléctrica a generar no se utilice y no se alimente a la red. Mediante la invención, se puede reducir la intervención de control en la instalación de energía eólica y solo a través del funcionamiento de la unidad de gas a potencia y de su mayor consumo de potencia eléctrica, y por tanto su mayor producción de gas, se logra una reducción de potencia eléctrica de la potencia alimentada a la red de la instalación de energía eólica La principal consecuencia de esto es que la instalación de energía eólica (o un parque eólico) puede seguir funcionando sin intervención de control y todo el sistema no genera pérdidas de energía si determinados parámetros de la red están fuera de su rango de consigna y fuera necesaria una reducción de la potencia eléctrica alimentada en la red. En caso de cortocircuito, la instalación de energía eólica normalmente tiene que reducir drásticamente su potencia de inmediato, posiblemente incluso limitarla a "cero". Tal intervención supone una tremenda intervención de control de la instalación de energía eólica, que es difícil de gestionar. Si un dispositivo de potencia a gas está conectado a la instalación de energía eólica, en caso de un cortocircuito en la red, la potencia eléctrica de la instalación de energía eólica se puede alimentar en gran medida completamente a la instalación de potencia a gas, de modo que la instalación de energía eólica puede seguir funcionando.

Si, por ejemplo, se opera una instalación de potencia a gas y, en su funcionamiento normal, no solo extrae su potencia de una instalación de energía eólica, sino que también la extrae directamente de la red, en caso de un cortocircuito, la extracción de energía eléctrica de la red desaparece, de modo que hay suficiente potencial para seguir operando la unidad de potencia a gas de manera óptima con su mejor potencia posible y toda la producción de la unidad de potencia a gas es puesta a disposición por la instalación de energía eólica.

Este ejemplo también muestra claramente que se puede prescindir de una intervención de control muy exigente en la instalación de energía eólica en caso de un cortocircuito de la red o se puede hacer mucho más suave y esto finalmente aumenta la confiabilidad de la instalación de energía eólica y también hace posible que la potencia eléctrica de la instalación de energía eólica se estrangule innecesariamente.

Si el cortocircuito de la red o un evento correspondiente desaparece, la instalación de energía eólica puede volver a alimentar inmediatamente la potencia eléctrica a la red y, por lo tanto, respaldar la red. Para la transición, también es completamente posible que la instalación de energía eólica primero respalde principalmente a la red de nuevo y proporcione menos potencia eléctrica a la unidad de potencia a gas, lo que es en última instancia irrelevante, porque la estabilización de la red eléctrica regularmente siempre está en el primer plano y, tan pronto como se restablezca esta estabilidad de la red eléctrica, la unidad de potencia a gas y la instalación de energía eólica pueden reanudar su funcionamiento normal.

Por lo tanto, la invención también permite un método para operar un dispositivo de potencia a gas, es decir, un dispositivo que convierte energía eléctrica en gas, por ejemplo, que genera hidrógeno y / o metano o similares, donde para la generación del gas, la unidad de potencia a gas extrae energía eléctrica de una red eléctrica a la que está conectada la unidad de potencia a gas, donde la red tiene un valor de consigna de frecuencia predeterminado o un rango de valor de valores de consigna de frecuencia predeterminados, donde, en el caso de un cortocircuito en la red, la unidad de potencia a gas extrae energía eléctrica de una instalación de energía eólica, o de un parque eólico, es decir, una agrupación de instalaciones de energía eólica, conectada a la unidad de potencia a gas, y, en el caso de que el cortocircuito de la red se soluciones, las instalaciones de energía eólica alimenten la energía eléctrica en la red de nuevo para respaldar la red y, si es necesario, la unidad de potencia a gas extraiga temporalmente menos potencia eléctrica que la requerida para su operación a potencia nominal, con el fin de, en última instancia también hacer una contribución a proporcionar respaldo de red.

La descripción anterior de la invención se aplica no solo a un cortocircuito de la red, sino también a los casos ("eventos" de la red) de "fault-ride-through”, "zero-ride-through ", etc.

Finalmente, mediante la invención, un dispositivo de potencia a gas puede operarse de tal manera que un parque eólico en última instancia solo ofrezca una determinada potencia mínima de manera continuada y, por lo tanto, todo el parque eólico puede verse como una variable de red confiable para la producción de potencia eléctrica. Cualquier energía eléctrica adicional que genere el parque eólico más allá de la potencia mínima se alimenta a la unidad de potencia a gas.

Las alternativas anteriores a la invención de acuerdo con la reivindicación 1 se pueden implementar sin más preámbulos si existe un control al cual se suministran los parámetros de la red, es decir, los parámetros de frecuencia, voltaje, corriente, etc., en la red (estos parámetros de red generalmente son ya medidos constantemente todos modos) y que luego se hace cargo de la distribución de control y de energía de las instalaciones de energía eólica (o de un parque eólico) y la de una unidad de potencia-gas. Otra alternativa, también completamente independiente o también un complemento de la invención descrita anteriormente, también puede consistir en controlar la producción de gas de la unidad de potencia a gas con un sistema STATCOM. Tal STATCOM es regularmente un compensador síncrono estático, es decir, una operación de convertidor de pulsos que genera un sistema de voltaje trifásico con una amplitud de voltaje variable, cuyo voltaje está desfasado 90° respecto a las corrientes de línea correspondientes. Esto significa que la potencia reactiva inductiva o capacitiva se puede intercambiar entre el STATCOM y la red. En el campo de la electrónica de potencia, el STATCOM es uno de los sistemas de transmisión trifásicos flexibles (Flexible A / C Transmission Systems (FATS)) y, en comparación con la compensación de potencia reactiva estática funcionalmente similar, ofrece ventajas en la estabilización de redes de voltaje alterno, ya que su potencia reactiva no depende del nivel de voltaje alterno de la red.

Si la operación de la unidad de potencia a gas y por lo tanto la producción de gas de esta unidad de potencia a gas se controla con un sistema de STATCOM, la unidad de potencia a gas extrae inicialmente su energía eléctrica del sistema de STATCOM, que también se puede conectar a la red al mismo tiempo. Dependiendo de las tarifas actuales, es decir, por un lado, la tarifa de remuneración por la energía eléctrica alimentada o inyectada a la red y la tarifa actual para el gas metano, por otro lado, se puede tomar una decisión sobre qué cantidad de potencia eléctrica del parque eólico (que alimenta su potencia a la red a través del sistema STATCOM) se alimenta a la red y qué cantidad de potencia eléctrica del parque eólico se usa en la producción de CH4. Por lo tanto, con una solución de este tipo, es posible un método para operar una unidad de potencia a gas, que está conectada a un sistema STATCOM, que a su vez está conectado a un parque eólico y a una red y tiene un controlador que procesa las tarifas vigentes, por ejemplo, la tarifa de remuneración de la potencia eléctrica que se inyecta a la red por un lado y la tarifa actual del gas metano por otro lado, y en función de la cual controla una alimentación a la red de energía eléctrica o la producción de gas en unidad de potencia, dependiendo de qué tarifa es actualmente mejor, es decir, ya sea para la potencia eléctrica que se alimenta a la red o para la producción de gas metano, por lo que la relación entre la cantidad de potencia eléctrica que se alimenta desde el parque eólico a la red y la cantidad de potencia eléctrica que se alimenta desde parque eólico a la unidad de potencia a gas y por lo tanto en la producción de CH4, se puede determinar y establecer en función de las tarifas más actuales. Por lo tanto, el sistema STATCOM es una herramienta ideal para cambiar la distribución de potencia (distribución de energía) entre la alimentación de la red y el funcionamiento de la unidad de potencia a gas y, por lo tanto, el suministro de potencia eléctrica a la unidad de potencia a gas en cualquier momento sin tener que intervenir en la propia producción de potencia de la instalación de energía eólica. También es posible que el sistema STATCOM también esté conectado con un dispositivo de almacenamiento eléctrico, por ejemplo, una batería de acumulador, etc., de modo que existe una posibilidad adicional de almacenar temporalmente energía eléctrica para luego recuperarla del almacenamiento eléctrico y alimentarla a la red o alimentarla a la unidad de potencia a gas para la producción de CH4.

La Fig. 6 muestra un diagrama de bloques de tal aplicación STATCOM con una instalación de energía eólica 1, un dispositivo de almacenamiento eléctrico, un controlador, una unidad de potencia a gas y una red. Se puede ver que el sistema STATCOM está conectado a la unidad de almacenamiento eléctrico y / o a la unidad de potencia a gas y a la instalación de energía eólica 1 y a la red y tiene un sistema de control que cumple con los criterios descritos anteriormente.

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para operar una unidad de potencia a gas, es decir, una disposición que genera un gas, por ejemplo, hidrógeno y / o metano y / o similares, a partir de energía eléctrica,

donde, para generar el gas, la unidad de potencia a gas (23) extrae potencia eléctrica de una manera controlada de una red eléctrica (18), a la que está conectada la unidad de potencia a gas (23),

en el que la red (18) tiene un valor de consigna de frecuencia predeterminado o un rango de valores de consigna de frecuencia predeterminado,

donde la unidad de potencia a gas (23) reduce la extracción de potencia eléctrica en un valor predeterminado, o no extrae potencia eléctrica, cuando la frecuencia de red desciende con un gradiente de frecuencia, específicamente con un cambio por unidad de tiempo (Af / At), cuya magnitud excede una magnitud de cambio predeterminada, donde la unidad de potencia a gas (23) está acoplada a una instalación de energía eólica o un parque eólico y la unidad de potencia a gas (23) y la instalación de energía eólica (1) y / o el parque eólico forman una central eléctrica de ciclo combinado y se operan preferiblemente como tal, de modo que la energía eléctrica que la unidad de potencia a gas (23) extrae es generada por la instalación de energía eólica (1) y / o el parque eólico y

donde la instalación de energía eólica y / o el parque eólico genera energía eléctrica con condiciones de viento dadas y alimenta dicha energía a una red eléctrica conectada, y la unidad de potencia a gas (23) recibe una proporción predeterminada específica de la energía eléctrica generada por la instalación de energía eólica y / o parque eólico y la utiliza para la producción de un gas,

donde la frecuencia de red así como el gradiente de frecuencia se miden constantemente, por ejemplo, la frecuencia de red se mide cada 200 microsegundos, y cuando se detecta la superación del gradiente de frecuencia predeterminado, en un dispositivo de control y procesamiento de datos, que detecta y determina los valores presentados y nombrados, se genera una señal de control y se utiliza dicha señal de control para ser transmitida instantáneamente al dispositivo de control de la unidad de potencia a gas (23), donde la extracción de potencia de la red de la unidad de potencia a gas, mediante bloqueo y / o la apertura de interruptores, por ejemplo, IGBT, transistor bipolar de puerta aislada, de un rectificador, puede detener la extracción de energía eléctrica de la red, donde para este propósito no es necesario un aislamiento galvánico de la unidad de potencia a gas de la red.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la magnitud de cambio predeterminada es superior a 0,1 Hz / seg., en particular en el intervalo de 0,2 a 7 Hz / seg., preferiblemente en el intervalo de 0,5 a 2 Hz / seg.

3. Central eléctrica de ciclo combinado que consta de una instalación de energía eólica (1) y / o parque eólico, que consta de una pluralidad de instalaciones de energía eólica (1) por un lado y una unidad de potencia a gas (23) por otro lado,

donde la instalación de energía eólica (1) y / o el parque eólico genera energía eléctrica con condiciones de viento dadas y alimenta dicha energía a una red eléctrica conectada (18), y donde la unidad de potencia a gas (23) recibe una proporción predeterminada específica de la energía eléctrica generada por la instalación de energía eólica (1) y / o parque eólico y la utiliza para la producción de un combustible, por ejemplo, hidrógeno, metano o similar, la red eléctrica tiene un valor de consigna de frecuencia predeterminado, y donde

cuando la frecuencia de red desciende con un gradiente de frecuencia, específicamente con un cambio por unidad de tiempo (Af / At), cuya magnitud excede una magnitud de cambio predeterminada, donde la frecuencia de red así como el gradiente de frecuencia se miden constantemente, por ejemplo, cada 200 microsegundos, se determina la frecuencia de red, y que cuando se detecta la superación del gradiente de frecuencia predeterminado, en un dispositivo de control y procesamiento de datos, que detecta y determina los valores presentados y nombrados, se genera una señal de control y se utiliza dicha señal de control para ser transmitida instantáneamente al dispositivo de control de la unidad de potencia a gas (23), donde la extracción de potencia de la red de la unidad de potencia a gas, mediante bloqueo y / o la apertura de interruptores, por ejemplo, un IGBT, transistor bipolar de puerta aislada, de un rectificador, puede detener la extracción de energía eléctrica de la red, donde para este propósito no es necesario un aislamiento galvánico de la unidad de potencia a gas de la red.

4. Central eléctrica de ciclo combinado según la reivindicación 3, caracterizada porque la unidad de potencia a gas (23) está acoplada eléctricamente a la instalación de energía eólica y / o al parque eólico, por ejemplo mediante una línea eléctrica, y la energía eléctrica que la unidad de potencia a gas (23) necesita para su funcionamiento o bien se extrae directamente de la instalación de energía eólica (1) o del parque eólico o de su salida o bien la unidad de potencia a gas (23) extrae la energía eléctrica para el funcionamiento de la unidad de potencia a gas (23) de la red eléctrica (18) a la que está conectada y a la que la instalación de energía eólica (1) o el parque eólico alimenta la energía eléctrica generada.

5. Uso de una central eléctrica de ciclo combinado, constituida por una instalación de energía eólica (1) y / o un parque eólico, según las reivindicaciones 3 o 4, para respaldo de red de una red eléctrica (18), en particular para aumentar la potencia alimentada a la red en el caso de que la frecuencia de red descienda con un gradiente de frecuencia, específicamente un cambio por unidad de tiempo (Af / At), cuya magnitud exceda una magnitud de cambio predeterminada.