MX2014006902A

MX2014006902A - Procedimiento para operar una instalacion de energia eolica o bien un parque eolico.

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Publication number: MX2014006902A
Application number: MX2014006902A
Authority: MX
Inventors: Joachim De Boer
Original assignee: Wobben Properties Gmbh
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-09-04
Also published as: BR112014014085A2; ES2586802T3; CN103987961B; DK2791503T3; JP2015500439A; CA2858761A1; AU2012350817B2; NZ625596A; MX346517B; CN103987961A; AU2012350817A1; CL2014001500A1; RU2596904C2; DE102011088313A1; RU2014128340A; US20140352311A1; WO2013087553A1; ME02457B; EP2791503B1; CA2858761C

Abstract

La presente invención se refiere a un procedimiento para operar una instalación de energía eólica, un parque eólico o similar, y una unidad de potencia a gas acoplada eléctricamente a los mismos. En caso de haber suficiente viento, la instalación de energía eólica o el parque eólico genera potencia eléctrica y la misma es introducida en una red eléctrica acoplada a la instalación de energía eólica o al parque eólico. Cada instalación de energía eólica es operada con una predeterminada curva de potencia. La potencia eléctrica se genera por la instalación de energía eólica o por el parque eólico en cuanto el viento llegue a una primera velocidad del viento (viento inicial). La instalación de energía eólica o el parque eólico se halla en una operación de carga parcial siempre y cuando la velocidad del viento se halle entre una primera velocidad (velocidad inicial) y una segunda velocidad del viento (velocidad nominal). La instalación de energía eólica o el parque eólico se halla en un intervalo de potencia nominal si la velocidad del viento se halla en un intervalo que es mayor que la segunda velocidad del viento (velocidad nominal del viento). La potencia eléctrica generada por la instalación de energía eólica o por el parque eólico, preferentemente por lo menos una parte predeterminada de ella, se consume en la unidad de potencia a gas, de manera tal que en la unidad de potencia a gas se genera un gas combustible, en especial hidrógeno y/o gas metano. La proporción de la potencia eléctrica, que genera la instalación de energía eólica o el parque eólico en operación de baja carga y que no es consumida por la unidad de potencia a gas, se ajusta o regula con un valor casi constante durante un predeterminado intervalo de tiempo, por ejemplo, 10 minutos o más, por ejemplo, 1 hora.

Description

PROCEDIMIENTO PARA OPERAR UNA INSTALACION DE ENERGIA EOLICA O BIEN UN PARQUE EOLICO ANTECEDENTES DE LA INVENCION Las instalaciones de energía eólica o bien parques eólicos, que consisten en una pluralidad de instalaciones de energía eólica, son conocidos desde hace tiempo, específicamente en formas, modalidades, tamaños o magnitudes, y variantes, sumamente diversos.

En estos casos, una instalación de energía eólica es una instalación que, por medio de una conversión o transformación, convierte la energía presente en el viento en energía eléctrica. Con esta energía eléctrica, se alimenta principalmente una red eléctrica, para lo cual se introduce energía eléctrica en la red eléctrica.

La desventaja conocida de la energía eólica consiste en que fluctúa con el viento, es decir que, en función de la velocidad actual, la energía eléctrica generada de la instalación de energía eólica puede fluctuar. Sin embargo, en un sentido estricto, esto rige solamente en el intervalo de carga parcial, es decir, en el intervalo de la instalación de energía eólica entre una primera velocidad del viento (viento inicial) y una segunda velocidad del viento (viento nominal) . Ahora bien, si la intensidad del viento es mayor que la velocidad nominal del viento, en este caso las REF.: 248957 fluctuaciones de la velocidad del viento, que se hagan sentir por arriba de la velocidad nominal del viento, no causan fluctuaciones en la generación de la energía eléctrica, por cuanto la instalación de energía eólica está controlada, por ejemplo, mediante el ajuste de las paletas de rotor de la instalación de energía eólica, de manera tal que el número de revoluciones y/o la potencia eléctrica generada se mantienen casi constantes.

Sin embargo, una instalación de energía eólica se encuentra durante la mayor parte de su operación en el intervalo de carga parcial, y en este intervalo de carga parcial, también fluctúa directamente con la velocidad del viento siempre la potencia eléctrica generada de la instalación de energía eólica, y por lo tanto en caso de un tener el viento una velocidad fluctuante también se introduce una potencia constantemente fluctuante y por lo tanto un monto fluctuante de la potencia eléctrica (a saber . la potencia efectiva o activa) en la red.

Con ello, para la administración de las redes, desde muchos puntos de vista, las instalaciones de energía eólica quedan descartadas como generadores de una carga básica, ya que no es posible predecir con una probabilidad suficiente la cantidad de potencia de la instalación de energía eólica aportada a la red.

Ahora bien, desde el punto de vista teórico, sería posible operar una instalación de energía eólica siempre de manera subóptima, por ejemplo, nunca operarla con potencia máxima en el intervalo de la carga parcial, sino operarla con un rendimiento de potencia subóptimo, de manera tal que en caso de haber fluctuaciones de la velocidad del viento en el intervalo de carga parcial se controlen las paletas de rotor de la instalación de energía eólica siempre de una manera tal que se compense la fluctuación de la velocidad del viento y que con ello la instalación de energía eólica alimente la red con un aporte de potencia casi constante.

Sin embargo, la desventaja de una solución de este tipo consiste en que entonces en el intervalo de carga parcial es necesario efectuar un control continuo y constante de la instalación de energía eólica, por ejemplo, mediante el lanzado (ajuste) del paso o piten de las paletas del rotor o mediante el control de un momento contrario adecuado para el generador o mediante otra medida correspondiente, lo que por una parte cuesta energía adicional para la operación de una instalación de energía eólica y, por otra parte, también expone las partes constructivas a una solicitación constante, por lo que se acelera el envejecimiento y desgaste de ellas.

Sin embargo, lo más importante es que mediante la modalidad operativa se pierden aportes valiosos de la potencia y, por ello, la totalidad de las instalaciones de energía eólica sólo disponen de una eficiencia relativamente reducida.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION El objeto de la presente invención es impartir una continuidad de la energía eléctrica entregada por las instalaciones de energía eólica a la red, sin tener en cuenta las desventajas conocidas del estado de la técnica.

La Oficina de Patentes y Marcas Alemana ha registrado el siguiente estado de la técnica en la solicitud de prioridad para presentar el registro: DE 27 51 341 Al, GB 2 263 734 A, DE 197 16 645 Al y US 2004/0267466 Al.

Por último, se ha señalado como un estado más de la técnica también al documento EP 1 739 824 A2, así como al documento WO 2010/048706 Al. En el documento EP 1 739 824 se propone (véase continuación de Figura 6) que, en caso de que la operación de carga parcial aumente, la potencia del parque eólico, de la energía suministrada a la red del parque eólico no se eleva tan fuerte como la potencia del parque eólico, sino por el uso controlado de un dispositivo de electrólisis, el aumento la energía suministrada a la red eléctrica es moderadamente comparable .

El objeto se logra de conformidad con la invención ante todo con las características de la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes, se describen perfeccionamientos ventajosos.

La presente invención propone cómo puede implementarse de manera práctica el deseo de una continuidad de la potencia eléctrica de una instalación de energía eólica. A tal efecto, es posible operar una instalación de energía eólica o un parque eólico (con una pluralidad de instalaciones de energía eólica) junto con una unidad de potencia a gas (unidad de conversión de potencia en gas) . La unidad de potencia a gas convierte, por ejemplo, potencia eléctrica en un gas combustible (hidrógeno, metano, etc.).

Es razonable pensar que el pronóstico de la entrega de potencia eléctrica de una instalación de energía eólica no puede predecirse con seguridad en todo momento, ya que el viento seguirá fluctuando y fluctúa en momentos del día totalmente diferentes, en estaciones del año totalmente diferentes, y que por ello para la invención es especialmente importante elegir un intervalo de tiempo de pronóstico fiable y que dentro de este intervalo de tiempo de pronóstico la potencia introducida en la red presente el valor deseado (potencia pronosticada) , pero sin ser inferior a ella en ningún momento .

Al respecto, en primer término, carece de relevancia que la totalidad de la potencia eléctrica de la instalación de energía eólica o del parque eólico sea introducida en la red; en cambio, la instalación de energía eólica o el parque eólico por una parte, y la unidad de potencia a gas por otra parte, han de ser considerados como una unidad global o conjunta en lo que a la red se refiere.

Específicamente, y el última instancia es relevante cuál es la potencia eléctrica que es puesta a disposición de los consumidores, y también cuando la unidad de potencia a gas está acoplada a la red, en este aspecto no se la considera como consumidor clásico, sino como herramienta, mediante la cual la potencia eléctrica que la instalación de energía eólica o el parque eólico pone a disposición para la red, puede ser mantenida constante.

Por ello, tampoco es de interés si la potencia eléctrica que obtiene la unidad de potencia a gas, se obtiene del circuito eléctrico intermedio de una instalación de energía eólica o directamente de la salida de la instalación de energía eólica o de la salida de un parque eólico, o si la potencia se obtiene recién desde la red, cuando antes la totalidad de la potencia de la instalación de energía eólica o del parque eólico ha sido introducida en la red.

Finalmente, en última instancia, para la red es relevante la potencia eléctrica que se introduce en la red y que no es consumida por la unidad de potencia a gas. Si una potencia eléctrica, también denominada "potencia pronosticada" o "carga básica", es (casi) constante, con ello la unidad consistente en instalación de energía eólica y unidad de potencia a gas está en condiciones de introducir una potencia constante en la red, lo que facilita considerablemente el control de la red por el operador de ésta.

Específicamente, si todas las fluctuaciones de potencia de la instalación de energía eólica o del parque eólico, que resultan de la fluctuación del viento, son consumidas en la unidad de potencia a gas, la potencia eléctrica que en última instancia no es puesta a disposición de la red, no se pierde, sino que se transforma o convierte en otra forma, a saber en un gas combustible, por ejemplo, hidrógeno, metano o similar. El con otras palabras: la unidad de potencia a gas es una unidad de conversión o transformación para convertir potencia eléctrica en un gas combustible .

Este gas combustible puede ser objeto de una elaboración posterior de diferentes tipos y modalidades, sea almacenándolo o introduciéndolo en una red de gas. También es posible que la unidad de potencia a gas disponga de un motor de combustión controlable, que en su lado de salida está acoplado a un generador eléctrico, de manera tal que con el gas combustible que ha sido anteriormente producido por la unidad de potencia a gas y que ha sido almacenado en un depósito intermedio, es posible volver a generar potencia eléctrica y que seguidamente ésta, cuando el generador está acoplado a la red eléctrica, pueda ser introducida en la red, cuando ello sea deseable.

Para que el consumo de la unidad de potencia a gas pueda ser controlado de manera y modo deseados, es también posible que la unidad de potencia a gas esté conectada al parque eólico o a la instalación de energía eólica por intermedio de una transmisión o conducción de datos.

Con ello, en la instalación de energía eólica o en el parque eólico se procesan datos de pronóstico de viento, por ejemplo, provistos por una central meteorológica, estación meteorológica o similar, y en base a estos datos de pronóstico de viento se prepara un pronóstico de potencia.

Si se dispone por ejemplo, de un pronóstico de viento que de conformidad con el viento fluctúa durante los 30 minutos constantemente entre 6 y 8 m/seg, es decir que de conformidad con el pronóstico la velocidad del viento no es inferior a 6 m/seg, pero tampoco superior a 8 m/seg, es posible redactar por ejemplo, un pronóstico fiable que puede generar potencia eléctrica de manera segura para los 30 min siguientes que en base a la curva de potencia de la instalación de energía eólica o del parque eólico corresponde a una potencia eléctrica que es posible para un viento con una velocidad de por ejemplo, 6 m/seg o, si se desea un determinado margen de seguridad, de por ejemplo, 5.7 m/seg.

Este valor de pronóstico se determina como potencia pronosticada, y este valor también puede ser transferido por medio de la transmisión o conducción de datos a la estación de potencia a gas y/o a un control o bien central, para el control de la red eléctrica.

Con ello, estando la instalación de energía eólica o bien el parque eólico en operaciones, se detecta constantemente la potencia actual prefijada en cada caso por el viento.

Por ejemplo, si se ha establecido una potencia pronosticada constante para un intervalo de tiempo prefijado, por e emplo, de 30 minutos, en base a un viento con una velocidad de 5.7 m/seg, y la velocidad actual del viento es de 7.7 m/seg, el importe diferencial será por lo tanto de 2 m/seg de equivalente de potencia eléctrica, y es por lo tanto la potencia eléctrica que se pone actualmente a disposición a la unidad de potencia a gas, para que también esta potencia sea allí recuperada como consumo.

Dado que la potencia de entrega de la instalación de energía eólica o del parque eólico es detectada de manera constante, también es posible aportar de manera correspondiente la potencia que exceda la potencia pronosticada, como valor constantemente a la unidad de potencia a gas, es decir, le potencia eléctrica generada por la instalación de energía eólica o por el parque eólico por arriba del pronóstico, puede ser conducida hacia la unidad de potencia a gas, y la misma es controlada de manera correspondiente de manera tal que siempre consuma la potencia eléctrica que ya no está más a disposición de los consumidores en la red, sino que debería ser consumida en la unidad de potencia a gas, para que la unidad de instalación de energía eólica o parque eólico, por una parte, y la unidad de potencia a gas por otra parte, vistas desde la red, alimenten la misma con una potencia eléctrica casi constante.

Con ello, en un equipamiento de procesamiento de datos de la instalación de energía eólica o del parque eólico se determinan constantemente una y otra vez potencias de pronóstico para predeterminados (nuevos) intervalos de pronóstico, y durante el desarrollo de un intervalo de tiempo de pronóstico se continúa la operación con un intervalo de tiempo de pronóstico, consecutivo, en el que se ajusta nuevamente la potencia en función del pronóstico de viento existente .

También es posible modificar el intervalo de pronóstico propiamente el en función de la existencia de los datos de pronóstico del viento, por ejemplo, de 30 minutos a 20 minutos o a 40 minutos, en función de la flabilidad de los datos de pronóstico que han sido puestos a disposición.

Una instalación de energía eólica está acoplada eléctricamente a la unidad de potencia a gas. En el ejemplo de realización el acoplamiento eléctrico consiste en un conductor eléctrico que de la misma manera también puede estar realizado como parte de una red eléctrica.

Como se describió en lo que precede, la unidad de potencia a gas está en condiciones de generar gas a partir de corriente eléctrica, por ejemplo, hidrógeno o metano o similar, es decir un gas, que es adecuado para la combustión pero en especial también como combustible para un motor. Para el montaje de instalaciones de energía eólica o de parques eólicos son necesarios, de todas maneras, grandes equipos auxiliares, por ejemplo, grúas, camiones, etc., que hasta ahora se operan normalmente con diesel, gasolina o similares. Ahora bien, si tales equipos auxiliares se adaptan a la combustión de gas, por ejemplo, CH4 (metano), el gas, que se genera mediante la unidad de potencia a gas, puede emplearse también para el accionamiento de los equipos auxiliares, mediante los que se monta una instalación de energía eólica.

Si, por ejemplo, en una región apartada se construye una instalación de energía eólica, la energía eléctrica generada en esta primera instalación de energía eólica, puede ser utilizada en una unidad de potencia a gas para generar gases, de manera tal que con el gas se monten las otras instalaciones de energía eólica del parque eólico, para lo cual se pone a disposición el gas a los equipos auxiliares de accionamiento, es decir grúas, camiones, vehículos, etc., que son necesarios para el montaje de las instalaciones de energía eólica de un parque eólico. Por lo tanto, el parque eólico no necesitará combustibles fósiles para los montajes, sino que pueda ser montado con "gas verde", es decir por ejemplo, gas eólico, de la manera descrita, lo que mejora globalmente el equilibrio ecológico del parque eólico. Es precisamente en regiones apartadas donde la obtención de combustibles es frecuentemente de todas maneras complicada, en todo caso frecuentemente difícil ,-además, los combustibles son de por sí muy caros, y gracias a la generación de combustible in situ es posible reducir los costos de obtención necesarios para los equipos auxiliares para el montaje de un parque eólico. Si además la unidad de potencia a gas está alojada en un contenedor o similar, después del montaje del montaje del parque eólico será posible transportar el contenedor con la unidad de potencia a gas hacia el obrador siguiente.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La invención se explica seguidamente con mayor detenimiento con ayuda de un ejemplo de modalidad.

La Figura 1 muestra una vista esquemática de una instalación de energía eólica; la Figura 2 muestra esquemáticamente una vista general de una instalación de energía eólica y de una unidad de potencia a gas de conformidad con la invención; la Figura 3 muestra una representación esquemática de una red de de corriente, una red de gas natural y consumidores ; la Figura 4 muestra una representación esquemáticamente del procedimiento de conformidad con la invención para operar una instalación de energía eólica o una unidad de potencia a gas en una vista general dada a título de ejemplo; y la Figura 5 muestra una curva de potencia de una instalación de energía eólica.

A continuación, los mismos símbolos de referencia pueden representan elementos iguales pero también similares, no idénticos. En lo que sigue, para completar se muestra una instalación de energía eólica con un generador síncrono y con un concepto sin engranajes, con un convertidor completo.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La Figura 1 muestra esquemáticamente una instalación de energía eólica 1. En especial, a título de ejemplo se muestra una góndola de una instalación de energía eólica sin engranaje. Puede reconocerse el cubo 2 gracias al revestimiento (cubo) representado, parcialmente abierto. En el cubo 2 se han fijado tres paletas de rotor 4, habiéndose representado las paletas de rotor 4 solamente en su región cercana al cubo. El cubo 2 forma junto con las paletas de rotor 4 un rotor aerodinámico 7. El cubo 2 está unido mecánicamente de manera firme con el rotor 6 del generador, que también puede llevar la designación de rotor 6 y que en lo que sigue lleva la designación de rotor 6. El rotor está apoyado de manera de poder rotar con respecto al estator 8.

Durante su rotación con respecto al estator 8, el rotor 6 es recorrido por corriente eléctrica, usualmente con corriente continua, de manera de así generar un campo magnético e ir incrementando un momento de generador o bien un momento contrario del generador 1, que también puede ser ajustado y modificado de manera correspondiente por esta corriente excitatriz. Si con ello el rotor 6 está eléctricamente excitado, su rotación con respecto al estator 8 genera un campo magnético en el estator 8 y con ello una corriente eléctrica alterna.

La invención puede ser llevada a la práctica no solamente con una instalación de energía eólica sin engranajes, sino también con una instalación de energía eólica engranable.

La Figura 2 muestra esquemáticamente una representación global de una instalación de energía eólica y de una unidad de potencia a gas de conformidad con la invención. En especial, se muestra una representación global de un acoplamiento sin engranajes entre rotor-generador con medición de frecuencia en una instalación de energía eólica con una unidad de potencia a gas acoplada al mismo.

La corriente eléctrica generada en el generador 10, que esencialmente está constituida por el rotor y el estator 8, es rectificada de conformidad con la estructura mostrada en la Figura 2, por medio de un convertidor 12. La corriente rectificada o bien la tensión rectificada se convierte seguidamente con un convertidor 14 en un sistema trifásico con la frecuencia deseada. El sistema de corriente-tensión trifásico así generado se transforma especialmente a tensión alta mediante un transformador 16, para ser introducido en una red de corriente acoplada 18 acoplada. Teóricamente podría prescindirse del transformador 16 o reemplazar el mismo por un bobina de reactancia o impedancia. Sin embargo, usualmente los requerimientos de tensión en la red de corriente 18 son tales que es necesario una transformación en alta mediante transformador 16.

Para el control se emplea un control principal 20, que también lleva la designación de unidad de control principal y que puede formar la unidad de regulación y control superior de la instalación de energía eólica. El control principal 20 obtiene su información entre otros acerca de la frecuencia de la red (pero también por ejemplo, acerca de la tensión de la red, ángulo de fase) procedente de la unidad asociada de medición de la red, 22. El control principal 20 controla el convertidor 14, así como también el rectificador 12. Por supuesto, es fundamentalmente posible también emplear un rectificador no controlado. Además, el control principal 20 puede controlar un ajustador de rectificador 24 para alimentar el rotor 6 con corriente excitatriz, el cual es parte del generador. En caso de sobrepasarse por defecto un valor límite prefijado de la frecuencia de la red, el control principal 20 modifica la introducción o bien el punto de trabajo del generador 10, dado que el generador 10 es operado con un rpm variable, la introducción en la red tiene lugar como se describe con un convertidor completo que esencialmente está configurado por el rectificador 112 y el convertidor 14.

Durante la operación, la tensión de la red y la frecuencia de la red son medidas de manera permanente en forma trifásica por medio de la unidad 22 de medición de la red. De la medición resulta -en cualquier manera en caso de una red con una frecuencia de 50 Hz- cada 3.3 ms un nuevo valor para una de las tres tensiones de fase. Por lo tanto la frecuencia de la red se detecta por cada semionda de tensión, se filtra y se compara con los valores límite prefijados. Para un sistema de 60 Hz habría por lo tanto para cada 2.7 ms, a saber aproximadamente para caso paso por el cero, disponible un valor para una de las 3 tensiones de fase.

En la Figura 2 se representa también que la instalación de energía eólica está unida eléctricamente a una unidad de potencia a gas 23. La unidad de potencia a gas 23 puede estar acoplada detrás del transformador 16 (o como alternativa, por delante del mismo) .

Una unidad de potencia a gas 23 de este tipo (unidad de conversión para convertir potencia eléctrica en un gas apto para arder) como tal ya se conoce en diversas formas, por ejemplo, del documento WO 2009/065577. Una unidad de potencia a gas 23 de este tipo también se conoce de la empresa SolarFuel (www. SolarFuel . de) y también ha sido representada de manera esquemáticamente en la Figura 3. En una unidad de potencia a gas de este tipo es posible en primera instancia, generar hidrógeno, por ejemplo, mediante una electrólisis, para lo cual se obtiene energía eléctrica de una instalación de energía eólica 1, una fuente solar o una fuente de biomasa (con generación de electricidad) . La unidad de potencia a gas 23 también puede presentar una unidad de metanización que bajo el empleo de una fuente de C02 emplea el hidrógeno generado para producir gas metano (CH4) . El gas generado, tanto si se trata de hidrógeno o de metano, puede ser llevado a un depósito de gas o ser introducido en una red de conductos de gas, por ejemplo, una red de gas natural .

Finalmente, la unidad de potencia a gas 23 también puede presentar un control 24 que está conectado con el control principal 20 de la instalación de energía eólica mediante una conducción de comunicación 26, que puede ser alámbrico, por ejemplo, conductor de ondas de luz, o inalámbrico.

Para la electrólisis en la unidad de potencia a gas se necesita corriente continua que pueda ser generada mediante un rectificador, que está conectado por ejemplo, con la red eléctrica, o bien que convierte una potencia eléctrica de la red en una corriente continua y que con ello ponga a disposición la potencia eléctrica del equipamiento de electrólisis de la unidad de potencia a gas. En este caso, el rectificador puede presentar por ejemplo, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) , conmutadores, tiristores o diodos, y dispone de una unidad de control. Los conmutadores se controlan de la manera usual, para generar una corriente continua a partir de la corriente alterna que se obtiene de la red.

La unidad de potencia a gas 23 es una unidad en la que se utiliza energía eléctrica para, en última instancia, producir el gas (gas combustible) .

La Figura 3 muestra una representación esquemática de una red de corriente, una red de gas natural y consumidores. En el ejemplo representado también se ha configurado una instalación de gas y de vapor o bien una central eléctrica de calentamiento en bloque 28, en el que, nuevamente, es posible generar potencia eléctrica en un generador eléctrico acoplado al motor de combustión, la cual entonces puede, a su vez, ser puesta a disposición de la red eléctrica .

La instalación de energía eólica puede ser una instalación individual o aislada, pero también puede ser representativa de un parque eólico consistente en una pluralidad de instalaciones de energía eólica.

La instalación de energía eólica presenta un control principal 20 con un equipamiento para el procesamiento y control de datos (DV) . El equipamiento para el procesamiento de datos DV presenta entre otros una entrada de datos 25, por medio de la cual los datos de pronóstico del viento del equipamiento para el procesamiento de datos DV son puestos a disposición. A partir de estos datos de pronóstico del viento el equipamiento para el procesamiento de datos DV para un intervalo de pronóstico predeterminado, por ejemplo, 20, 30, 40, 50 ó 60 minutos o más, un pronóstico de potencia, y puede, gracias al pronóstico de potencia establecido en base a la elaboración de la curva de potencia -de lo cual se ha representado un ejemplo en la Figura 5- de la instalación de energía eólica o del parque eólico determinar una potencia pronosticada, también de manera muy fiable, es decir, una potencia mínima, que finalmente podrá ser puesta a disposición de manera segura y constante a la red en el intervalo de pronóstico elegido.

Simultáneamente la instalación de energía eólica 1 o el parque eólico determinan actualmente y siempre a nuevo, por ejemplo, en intervalos de 5 a 10 segundos (o más breves) la potencia eléctrica actual de la instalación de energía eólica 1, que depende del viento actual.

Los valores de la potencia de la instalación de energía eólica, que en este caso es superior a la potencia pronosticada (potencia mínima) , son conducidos por ejemplo, como informaciones, datos, señales, etc. al equipamiento para el control y para el procesamiento de datos, 24, de la unidad de potencia a gas 23, de manera tal que para la unidad de potencia a gas 23 el consumo está prefijado.

Por lo tanto, si en la instalación de energía eólica o en el parque eólico se ha establecido un potencia eléctrica pronosticada de 1 megavatio (MW) , pero la instalación de energía eólica 1 o el parque eólico generan actualmente una potencia de 1.3 MW, en este caso el monto de la diferencia, es decir, 300 MW, se determina como un valor y el equipamiento para el control y para el procesamiento de datos 24 de la unidad de potencia a gas 23 obtiene este valor como valor de control, por lo que en correspondencia la unidad de potencia a gas 23 es operada con un consumo de 300 kW.

Si el viento decae un poco y subsiguientemente se establece ahora solamente una potencia actual de 1.2 MW, decae también de manera correspondiente el consumo eléctrico de la unidad de potencia a gas 23 a 200 KW, por lo que la instalación de energía eólica o el parque eólico generan 1.4 MW, y de esta manera crece el consumo de la unidad de potencia a gas de manera correspondiente a 400 kW.

Antes de la expiración del intervalo de pronóstico se establece un nuevo pronóstico y para este intervalo de pronóstico se establece a su vez una nueva potencia constante (nuevo potencia pronosticada), de manera tal que, en caso de corresponder, la potencia pronosticada varía en la transición de un intervalo de pronóstico al siguiente.

Gracias a la conducción de datos en común 26 entre el control principal 20 de la instalación de energía eólica o del parque eólico por una parte y el equipamiento para el control y para la elaboración de datos 24 de la unidad de potencia a gas por otra parte, es también posible intercambiar datos actuales del viento o datos relacionados con la potencia de consumo de la unidad de potencia a gas, y con ello asegurar la puesta a disposición constante de la potencia mínima constante introducida en la red de corriente 18.

Además de ello, el control principal 20 puede estar unido con un control 27 o con una central para el control de la red eléctrica de la red de corriente, por lo que siempre es posible recuperar el valor de la alimentación eléctrica constante en la red eléctrica, o bien el valor se halla presente .

En el caso en que la velocidad actual del viento y con ello la potencia eléctrica generada de la instalación de energía eólica o del parque eólico cae por debajo de la potencia pronosticada, el consumo eléctrico de la unidad de potencia a gas es puesto en "cero" (o en un valor lo más bajo posible) , y simultáneamente es eventualmente posible poner en funcionamiento una central eléctrica de vapor de agua y de gas, o bien BHKW 28, a efectos de poner a disposición adicionalmente potencia eléctrica, por lo que como resultado a la red de corriente se le sigue poniendo a disposición de manera fiable la potencia eléctrica pronosticada, y en caso de necesidad aún más, para lo cual de manera correspondiente se opera el GuD/BHKW con una potencia superior a la necesaria .

La Figura 4 muestra una representación esquemática del procedimiento de conformidad con la invención para operar una instalación de energía eólica o una unidad de potencia a gas 23 en una vista general dada a título de ejemplo y en especial se muestra cómo pueden distribuirse los aportes de la instalación de energía eólica de la invención.

En la vista general dada a título de ejemplo de la Figura 4 se muestra cuál es la potencia generada por la instalación de energía eólica durante 30 minutos, y por razones de simplificación se considera que la potencia generada corresponde exactamente a la que también fuera predicha por el pronóstico.

En base al pronóstico se ha establecido una potencia eléctrica pronosticada predeterminada. Esta potencia eléctrica pronosticada 22 es también generada por la instalación de energía eólica durante la totalidad del intervalo de pronóstico y es puesta a disposición a la red de corriente 18 en forma de potencia constante.

Sin embargo, debido a las fluctuaciones del viento dentro del intervalo de pronóstico la instalación de energía eólica 1 genera una potencia eléctrica que es superior a la potencia eléctrica y por ello la potencia de la instalación de energía eólica que está situada por arriba de la potencia eléctrica pronosticada, se consume en la unidad de potencia a gas 23, por lo que durante la totalidad del intervalo de pronóstico la potencia eléctrica introducida por la instalación de energía eólica en la red de corriente 18 siempre puede ser mantenida con un valor constante.

Se da por entendido que justamente en el ejemplo mostrado también es posible ajustar la potencia pronosticada en un valor mayor, por ejemplo, cuando se elige un intervalo de pronóstico más breve, por ejemplo, de 20 minutos P20, por lo que de conformidad con la línea de puntos es posible ajustar es posible ajustar una potencia eléctrica pronosticada más elevada.

El que en última instancia se ajuste una potencia eléctrica pronosticada más elevada P20 o una potencia eléctrica pronosticada más reducida P30, depende de manera determinante de cuáles son los requerimientos preimpuestos por el control 27 de la red.

A saber, si ser requiere un intervalo de pronóstico más prolongado, se podrá, como en el ejemplo representado, cuando se requiera un intervalo de pronóstico de 30 minutos, ajustar solamente una potencia pronosticada constante relativamente elevada y además es posible abreviar el intervalo de pronóstico, y estando la potencia pronosticada P20 establecida, será también posible realizar ésta.

La Figura 5 muestra una línea característica típica (curva de potencia) de una instalación de energía eólica. La instalación de energía eólica arranca con la generación de potencia al alcanzarse el viento inicial, que en el ejemplo de aproximadamente 3 m/seg. Al ir aumentando la velocidad del viento se encuentra entonces la instalación de energía eólica en la denominada "operación a carga parcial" hasta que se llegue a la velocidad nominal del viento, que es por ejemplo, aproximadamente 13.5 m/seg. Para vientos con velocidades superiores a la operación nominal la instalación de energía eólica se halla en operación nominal, y por lo tanto en este caso genera su máxima potencia eléctrica.

Es especialmente interesante la operación en carga parcial, por cuanto en la misma la potencia eléctrica generada es función de la velocidad del viento, y cuando el viento fluctúa a lo largo de un determinado intervalo de tiempo, fluctúa también la potencia eléctrica generada de la instalación de energía eólica o del parque eólico. Mediante un correspondiente mando del control es también posible controlar directamente la unidad de potencia a gas 23 por medio del control de la red, y por ejemplo, convertir un valor prefijado de la potencia eléctrica a ser entregado, en potencia eléctrica a ser consumida en la unidad de potencia a gas.

La invención se refiere a un procedimiento para el control de una instalación de energía eólica o bien de un parque eólico y de una unidad de potencia a gas. Si la instalación de energía eólica genera más energía que la que momentáneamente puede introducir en la red de alimentación, es posible emplear esta energía excedente para suministrar energía eléctrica a la unidad de potencia a gas, la cual seguidamente se utiliza para transformar o bien generar gas combustible. Por otra parte, y en base a un pronóstico de viento, es también posible establecer un pronóstico acerca de la potencia eléctrica previsiblemente lograble de la instalación de energía eólica o bien del parque eólico. Sin embargo, si durante el intervalo de pronóstico el viento disponible es superior al originalmente pronosticado, en este caso es posible no introducir en la red de suministro la potencia eléctrica adicionalmente producida por la instalación de energía eólica debido a la mayor velocidad del viento, y es posible transferir la potencia eléctrica excedente a la unidad de potencia a gas la que utiliza la energía eléctrica para generar un gas combustible.

De conformidad con un aspecto de la presente invención, en el caso en que se opera la instalación de energía eólica en una operación de carga parcial (es decir, la velocidad del viento es superior que la velocidad inicial del viento, pero menor que la velocidad nominal del viento) , es posible transferir a la unidad de potencia a gas aquella potencia eléctrica que es producida en exceso de la potencia eléctrica pronosticada.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Procedimiento para operar una instalación de energía eólica, un parque eólico, o similares, y una unidad de potencia a gas eléctricamente unida a los mismos, caracterizado porque la instalación de energía eólica o el parque eólico, en caso de haber suficiente viento genera potencia eléctrica e introduce ésta en una red eléctrica acoplada a la instalación de energía eólica o al parque eólico; operándose cada instalación de energía eólica con una curva de potencia predeterminada; generándose potencia eléctrica mediante la instalación de energía eólica o mediante el parque eólico a partir de cuando el viento genere una primera velocidad (viento inicial) ; encontrándose la instalación de energía eólica o el parque eólico en una operación de carga parcial mientras la velocidad del viento se halle entre la primera velocidad del viento (viento inicial) y una segunda velocidad del viento (viento nominal) ; y encontrándose la instalación de energía eólica o el parque eólico en un intervalo de potencia nominal cuando la velocidad del viento se halla en un intervalo que es mayor que la segunda velocidad del viento (velocidad nominal del viento) ; consumiéndose en la unidad de potencia a gas la potencia eléctrica generada por la instalación de energía eólica o por el parque eólico, con preferencia solamente una parte predeterminada de ella, de manera tal que en la unidad de potencia a gas se genera un gas combustible, en especial hidrógeno y/o metano o similar; y en donde la proporción de la potencia eléctrica generada en operación bajo carga parcial por la instalación de energía eólica o por el parque eólico y que no es consumida en la unidad de potencia a gas, se ajusta o regula en un valor casi constante para un predeterminado intervalo de tiempo, por ejemplo, de 10 minutos o más, por ejemplo, una hora, y en donde la instalación de energía eólica o en el parque eólico se halla configurado o asociado un equipamiento para el procesamiento de datos, en el equipamiento para el procesamiento de datos se procesan datos relacionados con el pronóstico del viento que rigen para una predeterminado intervalo de tiempo, y en base a los datos del pronóstico del tiempo se determina un valor de pronóstico para la potencia (potencia de pronóstico constante) que la instalación de energía eólica o el parque eólico puede generar con gran seguridad durante el intervalo de pronóstico, por ejemplo, con una probabilidad de más del 90%, con preferencia, del 95%.

2. Procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la instalación de energía eólica y la unidad de potencia a gas están unidas entre sí por medio de un equipamiento para la comunicación de datos y se transmiten datos de la instalación de energía eólica, por ejemplo, datos relacionados con la velocidad del viento, la potencia eléctrica actual generada, datos relacionados con el pronóstico del viento, etc., a la unidad de potencia a gas, y allí los datos son procesados o elaborados para el control de la unidad de potencia a gas.

3. Procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la instalación de energía eólica y la unidad de potencia a gas están dispuestas en una proximidad espacial entre sí, por ejemplo, con una separación de 500 m a 20 km.

4. Procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque a lo largo del intervalo de tiempo durante el que en la red se introduce una potencia casi constante, la instalación de energía eólica y/o el parque eólico transmiten datos a una central de datos para el control de la red eléctrica.

5. Procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el control de la unidad de potencia a gas es función de la predicción y de las relaciones de viento actuales y con ello de la generación actual de la energía eléctrica por la instalación de energía eólica o bien parque eólico.

6. Procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la instalación de energía eólica o el parque eólico determina constantemente la diferencia entre la potencia actual prefijada por el viento, de la instalación de energía eólica o del parque eólico, por una parte, y el valor de pronóstico actual, por otra parte, y el monto de la diferencia determinada se transmite como señal de control a la unidad de potencia a gas, y en la unidad de potencia a gas el valor transmitido es procesado para el control de la unidad de potencia a gas, de manera tal que la unidad de potencia a gas siempre toma la potencia que se corresponde al monto diferencial entre la potencia prefijada por el viento, de la instalación de energía eólica o del parque eólico, por una parte, y el valor de pronóstico, por otra parte.

7. Procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el intervalo de pronóstico es de más de 10 minutos, preferentemente de más de 20 minutos o más de 30 minutos o de más de 1 hora .

8. Procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la instalación de energía eólica o el parque eólico están unidos dispone de una entrada de datos, que está unida a la instalación de procesamiento de datos; la entrada de datos está unida a un control o central para el control de la red acoplada y allí es posible dar de antemano un valor, que puede reemplazar el importe diferencial determinado y que por medio de una transmisión de datos se transmite el monto diferencial al control o bien central para el control de la red eléctrica.

9. Procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la unidad de potencia a gas dispone de un motor de combustión al que se hace llegar el gas generado por la unidad de potencia a gas, y hay un generador acoplado corriente abajo del motor, con el que es posible generar energía eléctrica, y el motor de combustión o bien el generador acoplado genera potencia eléctrica en el caso en que la potencia generada de la instalación de energía eólica o del parque eólico permanece durante un predeterminado intervalo de tiempo por debajo de la potencia pronosticada.

10. Central eléctrica combinada, caracterizada porque consiste en una instalación de energía eólica, un parque eólico o similar (por ejemplo, una instalación fotovoltaica) , por una parte, y en una unidad de potencia a gas acoplada eléctricamente a los mismos, por otra parte, para llevar a cabo el procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes. RESUMEN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un procedimiento para operar una instalación de energía eólica, un parque eólico o similar, y una unidad de potencia a gas acoplada eléctricamente a los mismos. En caso de haber suficiente viento, la instalación de energía eólica o el parque eólico genera potencia eléctrica y la misma es introducida en una red eléctrica acoplada a la instalación de energía eólica o al parque eólico. Cada instalación de energía eólica es operada con una predeterminada curva de potencia. La potencia eléctrica se genera por la instalación de energía eólica o por el parque eólico en cuanto el viento llegue a una primera velocidad del viento (viento inicial) . La instalación de energía eólica o el parque eólico se halla en una operación de carga parcial siempre y cuando la velocidad del viento se halle entre una primera velocidad (velocidad inicial) y una segunda velocidad del viento (velocidad nominal) . La instalación de energía eólica o el parque eólico se halla en un intervalo de potencia nominal si la velocidad del viento se halla en un intervalo que es mayor que la segunda velocidad del viento (velocidad nominal del viento) . La potencia eléctrica generada por la instalación de energía eólica o por el parque eólico, preferentemente por lo menos una parte predeterminada de ella, se consume en la unidad de potencia a gas, de manera tal que en la unidad de potencia a gas se genera un gas combustible, en especial hidrógeno y/o gas metano. La proporción de la potencia eléctrica, que genera la instalación de energía eólica o el parque eólico en operación de baja carga y que no es consumida por la unidad de potencia a gas, se ajusta o regula con un valor casi constante durante un predeterminado intervalo de tiempo, por ejemplo, 10 minutos o más, por ejemplo, 1 hora.