ES2927184T3 - Método y disposición para detectar una condición de sombra de una turbina eólica - Google Patents

Método y disposición para detectar una condición de sombra de una turbina eólica Download PDF

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Abstract

Se proporcionan un método para detectar una condición de sombra de una turbina eólica y un sistema para detectar una condición de sombra. Una condición atmosférica detectada por un detector de condiciones atmosféricas se compara con un umbral. A partir de la comparación se determina que la condición atmosférica produce sombra. La condición de sombra se detecta usando dicha determinación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método y disposición para detectar una condición de sombra de una turbina eólica
Campo técnico
La presente invención se refiere de manera general a un método y a una disposición para detectar una sombra de una turbina eólica.
Información de antecedentes
Una sombra es un área oscura que se proyecta sobre una superficie cuando un objeto bloquea una fuente de luz. El parpadeo de sombra es la luz pulsante producida por sombras intermitentes. Un “parpadeo de sombra” se produce cuando un dispositivo giratorio, tal como una pala de turbina eólica, proyecta sombras periódicamente sobre una superficie. Esta luz pulsante se provoca por el paso de la pala de la turbina eólica entre el Sol y la superficie sobre la que se proyecta la sombra. Esta luz pulsante puede ser una fuente de incomodidad cuando el parpadeo de sombra entra en un edificio a través de una abertura, tal como una ventana.
Se conoce la detección de una condición de sombra a partir de que la intensidad de una medición de luz directa está por encima de un umbral. La medición se obtiene a través de un sensor de luz que está dispuesto en o cerca de la turbina eólica o dispuesto en la ubicación en la que se produce la sombra. La turbina eólica se apaga después de que la condición de sombra persiste durante un período de tiempo tal como de 5 minutos.
La disposición de sensores en ubicaciones alrededor de la turbina eólica, tal como a intervalos del 120%, proporciona que un primer sensor puede detectar luz directa y un segundo sensor estará en una región sombreada. Si la diferencia entre la intensidad de la luz entre el primer y segundo sensores es mayor que un valor predeterminado, se cumple la condición de sombra.
En la actualidad, los métodos, dispositivos y sistemas de detección de sombra pueden beneficiarse de mejoras. Ejemplos de la técnica anterior se describen en los documentos WO2009030252 y DE19929970.
Sumario
La presente invención proporciona un método para detectar una condición de sombra de una turbina eólica según la reivindicación independiente adjunta 1, y un sistema de detección de sombra correspondiente según la reivindicación independiente adjunta 8.
Por ejemplo, se proporciona un método para detectar una condición de sombra de una turbina eólica. El método comprende determinar que está presente una condición de geometría que es eficaz para producir una sombra en una ubicación de interés; comparar una condición atmosférica, detectada por un detector de condición atmosférica, con un umbral; determinar que la condición atmosférica produce sombra a partir de la comparación; y detectar una condición de sombra en respuesta a la condición de geometría que se determina que produce una sombra en la ubicación de interés y a la condición atmosférica que se determina que produce sombra.
Un ejemplo adicional, un sistema de detección de sombra que comprende un detector de condición atmosférica separado de una turbina eólica una distancia; y un controlador acoplado en comunicación a la turbina eólica mediante una red y configurado para: determinar que está presente una condición de geometría que es eficaz para producir una sombra en una ubicación de interés; comparar una condición atmosférica, detectada por un detector de condición atmosférica, con un umbral; determinar que la condición atmosférica produce sombra a partir de la comparación; y detectar una condición de sombra en respuesta a la condición de geometría que se determina que produce una sombra en la ubicación de interés y a la condición atmosférica que se determina que produce sombra. Otro ejemplo incluye un parque de turbinas eólicas. El parque eólico comprende una pluralidad de turbinas eólicas; y un sistema de detección de sombra para detectar sombras para cada una de la pluralidad de turbinas eólicas. El detector de condición atmosférica del sistema de detección de sombra puede estar ubicado de forma remota a una distancia de al menos una de la pluralidad de turbinas eólicas.
Lo anterior ha expuesto de manera bastante amplia las características técnicas de la presente divulgación para que los expertos en la técnica puedan comprender mejor la siguiente descripción detallada. A continuación, se describirán características y ventajas adicionales de la divulgación que forman el objeto de las reivindicaciones. Los expertos en la técnica apreciarán que pueden usar fácilmente el concepto y las realizaciones específicas descritas como base para modificar o diseñar otras estructuras para llevar a cabo los mismos propósitos de la presente divulgación.
Además, antes de emprender la descripción detallada a continuación, debe entenderse que se proporcionan varias definiciones para ciertos términos y expresiones, y los expertos habituales en la técnica comprenderán que tales definiciones se aplican en muchos, si no en la mayoría, de los casos a usos anteriores y futuros de tales términos y expresiones definidos. Si bien algunos términos pueden incluir una amplia variedad de realizaciones, las reivindicaciones adjuntas pueden limitar expresamente estos términos a realizaciones específicas.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 ilustra una disposición de turbina eólica en relación con un edificio.
La figura 2 ilustra una vista en planta de un sistema de energía eólica según una realización.
La figura 3 ilustra un método de funcionamiento de la turbina eólica según una realización.
Descripción detallada
Para facilitar la comprensión de las realizaciones, principios y características de la presente divulgación, se explican a continuación con referencia a la implementación en realizaciones ilustrativas. Sin embargo, las realizaciones de la presente divulgación no se limitan al uso en los sistemas o métodos descritos.
Se pretende que los componentes y materiales que se describe a continuación que constituyen las diversas realizaciones sean ilustrativos y no restrictivos. Se pretende que muchos componentes y materiales adecuados que realizarán la misma función o una similar a la de los materiales descritos en el presente documento queden incluidos dentro del alcance de las realizaciones de la presente divulgación.
Los expertos en la técnica apreciarán que puede producirse una sombra en una ubicación específica o intervalo de ubicaciones específicas en función de una relación entre un elemento que produce sombra, una emisión de luz desde una fuente de luz y la ubicación de la sombra. Para facilitar ejemplos específicos, el elemento que produce sombra puede denominarse pala, la emisión de luz puede denominarse luz solar, la fuente de luz puede denominarse Sol y la ubicación específica o intervalo de ubicaciones puede denominarse ubicación de interés. Por ejemplo, se puede producir una sombra por el Sol y la pala, pero para que la sombra se produzca en la ubicación de interés debe tener lugar una alineación entre el Sol, la pala y la ubicación de interés.
Cualquier condición que influya en que se proyecte una sombra en la ubicación de interés que se basa en la alineación entre el Sol, la pala y la ubicación de interés se define en el presente documento como condición de geometría. Por ejemplo, la posición del Sol cambia durante el día y durante todo el año. Como tal, la alineación entre el Sol, la pala y la ubicación de interés cambia de tal manera que no se produce una sombra en una ubicación de interés en todo momento. La posición de las palas cambia a medida que cambia el ángulo de guiñada de la turbina, lo que puede afectar una condición de geometría. La condición de geometría puede comprender una o más de las condiciones tales como la relación posicional entre el Sol, la pala y la ubicación de interés. La condición de la geometría puede definirse además por el tamaño de la pala, la ubicación de interés o una porción de la misma, la distancia entre la turbina eólica y el edificio, el ángulo de guiñada de la turbina, el paso de la pala, la elevación de las palas de la turbina eólica y la elevación de la ubicación de interés.
La presencia de luz solar contribuye a producir una sombra. Aunque la condición de geometría sea tal que puede producirse una sombra en la ubicación de interés, la luz solar puede no ser eficaz para producir una sombra. Por ejemplo, las nubes pueden bloquear la luz solar.
A modo de ejemplo, la figura 1 ilustra una disposición de turbina eólica en relación con un edificio 20. La turbina 10 eólica está separada una distancia d del edificio 20. La turbina 10 eólica puede proyectar una sombra, de modo que la ubicación de la sombra 30 depende de la posición 34, 36 del Sol 32 con respecto a la turbina 10 eólica. Cuando el Sol 32 está en una primera posición 34, tal como, por ejemplo, bajo en el horizonte, se puede proyectar una sombra 30 desde la turbina 10 eólica sobre una primera ubicación 37. Por ejemplo, una sombra 30 proyectada sobre el edificio 20. Cuando el Sol 32 está en una segunda posición 36, tal como más alto en el cielo que la primera posición 34, se puede proyectar una sombra 30 desde la turbina 10 eólica sobre una segunda ubicación 38, por ejemplo, sobre el suelo. Cuando la sombra 30 se produce a partir de un objeto en movimiento, tal como una pala 12 de la turbina 10 eólica, frente a un objeto estacionario, tal como la torre 16, se puede producir un parpadeo de sombra. Este parpadeo de sombra puede provocar incomodidad cuando se proyecta sobre un edificio 20 y/o dentro del edificio 20 a través de una abertura 22.
La figura 2 ilustra una vista en planta de un sistema 100 de detección de sombra según una realización. El sistema 100 de detección de sombra comprende la turbina 10 eólica, como se describe en la figura 1. El sistema comprende un detector 130 de condición atmosférica y un controlador 140.
El detector 130 de condición atmosférica detecta las condiciones atmosféricas. Por ejemplo, el detector 130 de condición atmosférica puede detectar una o más de las siguientes condiciones atmosféricas: cantidades de aerosol, formación de aerosol, altura del aerosol, cantidad de nubes, formación de nubes, altura de una(s) nube(s), la estructura de la atmósfera, composición de la atmósfera, precipitación, presencia de gas, concentración de gas, turbulencia del viento, velocidad del viento, cambios en las condiciones del viento y corriente del viento. El detector 130 de condición atmosférica puede calcular la condición atmosférica mediante la reflexión. Por ejemplo, un cálculo de la altura de una nube puede comprender una triangulación y/o un tiempo de desplazamiento.
Un detector 130 de condición atmosférica comprende un transmisor 132 y un receptor 134. El transmisor 132 transmite energía. Por ejemplo, puede transmitirse una luz, una onda de radio o una onda de sonido. El receptor 134 recibe una retroalimentación de la energía a partir de partículas 150 atmosféricas, por ejemplo nubes. Se entenderá que la retroalimentación puede provenir de otras partículas atmosféricas tales como polvo, polen, niebla y aerosoles volcánicos. A partir de la retroalimentación, el detector 130 de condición atmosférica puede detectar una o más condiciones atmosféricas.
En una realización, el detector 130 de condición atmosférica transmite luz como la energía. Por ejemplo, el detector 130 de condición atmosférica puede comprender un nefobasímetro, un tipo de LIDAR, que transmite un haz de luz o láser. Los nefobasímetros se han usado por las industrias de la meteorología y la aviación.
En una realización, el detector 130 de condición atmosférica transmite ondas de radio como la energía. Por ejemplo, el detector 130 de condición atmosférica puede comprender un radar. El radar se ha usado por las industrias de la meteorología y la aviación.
En una realización, el detector 130 de condición atmosférica transmite ondas de sonido como la energía. Por ejemplo, el detector 130 de condición atmosférica puede comprender un sonar.
El controlador 140 es cualquier dispositivo, sistema o parte del mismo que controla al menos una operación, ya sea que dicho dispositivo esté implementado en hardware, firmware, software o cualquier combinación de los mismos. Debe indicarse que la funcionalidad asociada con cualquier controlador en particular estar centralizada o distribuida, ya sea de manera local o remota. Un procesador y una memoria pueden estar incluidos en un controlador. Además, un controlador puede corresponder al sistema de procesamiento de datos descrito o cualquier otro circuito de hardware que sea operativo para controlar al menos una operación. Por ejemplo, se puede usar un controlador lógico programable (PLC) como controlador.
La memoria puede corresponder a una memoria volátil interna o externa (por ejemplo, memoria principal, caché de CPU y/o RAM), que está incluida en un controlador y/o en conexión operativa con el controlador. Dicha memoria también puede corresponder a una memoria no volátil (por ejemplo, memoria flash, SSD, disco duro u otro dispositivo de almacenamiento o medio legible por ordenador no transitorio) en conexión operativa con el controlador.
En una realización, el sistema 100 de detección de sombra comprende una red 160 para permitir una comunicación entre el controlador 140 y el detector 130 de condición atmosférica. El controlador 140 puede ubicarse junto con el detector 130 de condición atmosférica o ubicarse de forma remota desde el detector 130 de condición atmosférica. El controlador 140 puede comprender un control de supervisión y adquisición de datos (SCADA).
El sistema 100 de detección de sombra puede comprender una red 161 para permitir una comunicación entre el controlador 140 y la turbina 10 eólica.
El término red y sus derivados se refieren al acoplamiento en comunicación para la transferencia de datos. Por ejemplo, puede usarse cualquier red de sistema de procesamiento de datos local, de área extensa, remota, privada y/o pública o combinación de redes, como conocen los expertos en la técnica, incluyendo Internet. La transferencia de datos puede facilitarse mediante cualquier medio de hardware, cableado o inalámbrico, adecuado para la transmisión de datos. Por ejemplo, el medio puede ser metal, aire, Ethernet, cable coaxial, fibra óptica o Wi-Fi. Las figuras 1 y 2 se usan para facilitar la descripción de un método para detectar una condición de sombra de una turbina eólica como se ilustra en la figura 3. El método 300 comprende determinar 301 que está presente una condición de geometría que es eficaz para producir una sombra en una ubicación de interés; comparar 302 una condición atmosférica, detectada por un detector de condición atmosférica, con un umbral; determinar 303 que la condición atmosférica produce sombra a partir de la comparación; y detectar 304 una condición de sombra en respuesta a la condición de geometría que se determina que produce una sombra en la ubicación de interés y a la condición atmosférica que se determina que produce sombra 304.
La ubicación de interés puede comprender la totalidad o cualquier porción de una ubicación en la que no es deseable una sombra. Por ejemplo, puede no ser deseable proyectar la sombra sobre la ventana de un edificio. En respuesta a la detección de una condición de sombra, la turbina eólica puede apagarse 305. La ubicación de interés puede incluir más ubicaciones distintas de donde la sombra no es deseable o excluir una ubicación donde la sombra no es deseable. Por ejemplo, la operación para apagar la turbina eólica puede no producirse instantáneamente después de la detección, la ubicación de interés puede incluir más ubicaciones distintas de donde la sombra no es deseable, de modo que el apagado se produce en el momento en el que se proyectará una sombra en la ubicación no deseada.
Las posiciones del Sol que pueden producir la sombra se denominan en el presente documento posiciones de umbral. El área de barrido de pala se conoce por los expertos en la técnica como el área atravesada por las palas. La condición de geometría es cualquier alineación de la fuente de luz, el elemento que produce sombra y la ubicación de interés eficaz para producir una sombra en la ubicación de interés. Usando la posición de la ubicación de interés y la posición de un área de barrido de pala, se pueden calcular las posiciones del Sol para producir una sombra en la ubicación de interés. Los cálculos pueden calcularse previamente y almacenarse en el controlador 140. Por el contrario, los cálculos pueden calcularse en tiempo real por el controlador 140.
La determinación de la presencia de una condición de geometría eficaz para producir una sombra en una ubicación de interés puede comprender establecer que una ubicación actual del Sol está dentro de las posiciones de umbral. Establecer la ubicación actual del Sol puede incluir información longitudinal, hora del día, época del año. Además, el establecimiento de la ubicación actual puede incluir el cálculo en tiempo real. El establecimiento de la ubicación actual puede incluir valores de consulta previamente calculados almacenados en el controlador 140. De manera similar, las posiciones de umbral pueden incluir un cálculo en tiempo real proporcionado por el controlador 140. Detectar una condición atmosférica puede comprender transmitir energía a través de un transmisor 132 y recibir un reflejo de la energía a partir de partículas en la atmósfera a través de un receptor 134. Las condiciones atmosféricas influyen en la capacidad de la fuente de luz para producir una sombra. Las condiciones atmosféricas se pueden usar para determinar cuándo se puede producir una sombra por la fuente de luz.
despejado (baja) ^ pocas ^ dispersas ^ inestable ^ nublado (alta)
donde cada valor de intervalo puede indicar las siguientes cantidades de nubes. El intervalo comienza con despejado, que es la menor cantidad de nubes, aumentando hasta nublado, que es la mayor cantidad de nubes. Despejado: ninguna o prácticamente ninguna nube detectada.
Pocas: un bajo número de nubes detectadas.
Dispersas: nubes detectadas no necesariamente agrupadas.
Inestable: una cantidad significativa de cobertura, pero no una cobertura completa.
Nublado: no se detectó interrupción o interrupción sustancial en la cobertura de nubes.
En una realización, el valor de intervalo se detecta como una condición atmosférica y se compara con un umbral. En respuesta a que el valor de intervalo está por debajo del umbral, se determina que la condición atmosférica produce sombra. Por ejemplo, el umbral puede ser nublado. Cualquier detección de un valor de intervalo de despejado, pocas, dispersas o inestable estará por debajo del umbral de nublado y determinará que la condición atmosférica produce sombra. Se entenderá que el umbral de nublado es simplemente un ejemplo y cualquiera de los valores de intervalo puede usarse como umbral. Por ejemplo, el umbral puede ser el valor de intervalo de inestable.
Se puede usar cualquier otra condición atmosférica además de la cantidad de nubes o excluyendo la cantidad de nubes. Por ejemplo, se puede usar una cantidad de retrodispersión. De manera similar a la cantidad de nubes, una cantidad de retrodispersión puede tener un intervalo de bajo a alto. Con una cantidad alta de retrodispersión, es posible que la fuente de luz no pueda producir una sombra. En respuesta a que la comparación de la cantidad de retrodispersión determinada está por debajo del umbral, se inicia el apagado.
Se puede usar una altura de nube o una altura de aerosol. En ciertas alturas de umbral puede ser que se produzca una sombra, pero en otras alturas de umbral no se producirá una sombra.
El uso de una condición atmosférica para detectar la condición de sombra elimina la necesidad de montar un sensor para detectar luz o una sombra en una ubicación de interés, tal como un edificio. Esto alivia situaciones en las que los operarios de la turbina eólica no tienen acceso o derechos legales al edificio.
La detección de la condición de sombra usando una condición atmosférica elimina la necesidad de montar un sensor para detectar luz o una sombra en la turbina eólica. Además, detectar una condición atmosférica elimina cualquier requisito de colocar un sensor para garantizar que puede detectar una calidad de luz o garantizar múltiples sensores o colocarlos para detectar diferentes calidades de luz.
Haciendo referencia nuevamente a la figura 2, el detector 130 de condición atmosférica puede estar dispuesto en cualquier ubicación con respecto a la turbina 10 eólica. Por ejemplo, el detector 130 de condición atmosférica puede estar dispuesto de forma remota desde la turbina 10 eólica. De forma remota y sus derivados se definen en el presente documento como no montados directamente o montados indirectamente en la turbina eólica. La figura 2 ilustra una distancia d' que separa el detector 130 de condición atmosférica desde la turbina 10 eólica. En una realización, la distancia del detector 130 de condición atmosférica desde la turbina eólica es inferior a 10 kilómetros. En una realización adicional, la distancia es menor o igual a 5 kilómetros. En otra realización, la distancia es menor o igual a 3 kilómetros.
La detección de un solo detector 130 de condición atmosférica puede usarse para una pluralidad de turbinas 10 eólicas. Cuando la detección de un solo detector 130 de condición atmosférica se usa para una pluralidad de turbinas 10 eólicas, el mantenimiento para tal detección se reduce a la ubicación única de detector 130 de condición atmosférica en contraste con cada ubicación de sensor.
El método puede comprender iniciar un apagado de la turbina eólica en respuesta a la detección de una condición de sombra 304. El inicio puede comprender el envío de un mensaje de control a la turbina eólica. En una realización, el mensaje de control se envía por el controlador 140. Se puede proporcionar una red 161 para la comunicación entre el controlador 140 y la turbina 10 eólica.
Después de un inicio de apagado, puede producirse un inicio de un arranque de la turbina eólica en respuesta a que no se detecta la condición de sombra o después de un período de tiempo designado en el que ya no se detecta la condición de sombra.

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Método (300) para detectar una condición de sombra de una turbina (10) eólica, comprendiendo el método (300):
    determinar (301) que está presente una condición de geometría que es eficaz para producir una sombra (30) en una ubicación (37) de interés;
    comparar (302) una condición atmosférica, detectada por un detector (130) de condición atmosférica, con un umbral;
    determinar (303) que la condición atmosférica produce sombra (30) a partir de la comparación; y detectar (304) una condición de sombra en respuesta a la condición de geometría que se determina que produce una sombra (30) en la ubicación (37) de interés y a la condición atmosférica que se determina que produce sombra,
    caracterizado por detectar, mediante el detector (130) de condición atmosférica, una o más condiciones atmosféricas, que se seleccionan de un grupo que incluye cantidades de aerosol (150), formación de aerosol, altura del aerosol (150), cantidades de nubes (150), formación de nubes, altura de una nube o nubes (150), la estructura de la atmósfera, composición de la atmósfera, precipitación, presencia de gas, concentración de gas, turbulencia del viento, velocidad del viento, cambios en las condiciones del viento y corriente del viento.
  2. 2. Método (300) para detectar una condición de sombra según la reivindicación 1, en el que la condición atmosférica es una cantidad de nubes,
    determinándose que la condición atmosférica produce sombra en respuesta a que la comparación de la cantidad de nubes está por debajo del umbral.
  3. 3. Método (300) para detectar una condición de sombra según la reivindicación 2, en el que el umbral es uno de nublado o inestable.
  4. 4. Método (300) para detectar una condición de sombra según la reivindicación 1, iniciar (305) un apagado de la turbina (10) eólica en respuesta a la detección de una condición de sombra.
  5. 5. Método (300) de detección de una condición de sombra según la reivindicación 4, el inicio (305) comprende enviar un mensaje de control a la turbina (10) eólica.
  6. 6. Método (300) para detectar una condición de sombra según la reivindicación 1, que comprende determinar la condición de geometría comprende establecer la ubicación (34, 36) del Sol (32) y determinar que la ubicación establecida está dentro de una posición de umbral.
  7. 7. Método (300) para detectar una condición de sombra según la reivindicación 1, en el que el detector (130) de condición atmosférica incluye al menos uno de LIDAR, RADAR, SONAR o un nefobasímetro.
  8. 8. Sistema (100) de detección de sombra, que comprende:
    un detector (130) de condición atmosférica separado de una turbina (10) eólica una distancia (d'); y un controlador (140) acoplado en comunicación a la turbina (10) eólica mediante una red (161) y configurado para:
    determinar (301) que está presente una condición de geometría que es eficaz para producir una sombra (30) en una ubicación (37) de interés;
    comparar (302) una condición atmosférica, detectada por un detector (130) de condición atmosférica, con un umbral;
    determinar (303) que la condición atmosférica produce sombra (30) a partir de la comparación; y detectar (304) una condición de sombra en respuesta a la condición de geometría que se determina que produce una sombra (30) en la ubicación (37) de interés y a la condición atmosférica que se determina que produce sombra,
    caracterizado porque el detector (130) de condición atmosférica está configurado para detectar una o más condiciones atmosféricas, que se seleccionan de un grupo que incluye cantidades de aerosol (150), formación de aerosol, altura del aerosol (150), cantidades de nubes (150), formación de nubes, altura de una nube o nubes (150), la estructura de la atmósfera, composición de la atmósfera, precipitación, presencia de gas, concentración de gas, turbulencia del viento, velocidad del viento, cambios en las condiciones del viento y corriente del viento.
  9. 9. Sistema (100) de detección de sombra según la reivindicación 8,
    en el que la condición atmosférica es una cantidad de nubes,
    determinándose que la condición atmosférica produce sombra en respuesta a que la comparación de la cantidad de nubes está por debajo del umbral.
  10. 10. Sistema (100) de detección de sombra según la reivindicación 9,
    en el que el umbral es uno de nublado o inestable.
  11. 11. Sistema (100) de detección de sombra según la reivindicación 8,
    en el que el detector (130) de condición atmosférica está ubicado de forma remota a una distancia (d') de la turbina (10) eólica.
  12. 12. Sistema (100) de detección de sombra según la reivindicación 8,
    en el que el detector (130) de condición atmosférica incluye al menos uno de LIDAR, RADAR, SONAR o un nefobasímetro.
  13. 13. Parque de turbinas eólicas, que comprende:
    una pluralidad de turbinas (10) eólicas; y
    un sistema (100) de detección de sombra según la reivindicación 8 para detectar sombras (30) para cada una de la pluralidad de turbinas (10) eólicas.
  14. 14. Parque de turbinas eólicas según la reivindicación 13,
    en el que el detector (130) de condición atmosférica está ubicado de forma remota a una distancia (d') de al menos una (10) de la pluralidad de turbinas (10) eólicas.
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