WO2007110459A1 - Aerogenerador anti-ruido - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a wind turbine with a rotor of blades with means for reducing aerodynamic noises produced during the rotation of the rotor due to the force of the wind.
  • Wind turbines are an important source of noise. Its blades produce aerodynamic noise due to the interaction of the boundary layer with the trailing edge of the blade.
  • EP0652367 proposes different types of jagged edges for rotor blades.
  • EP 1314885 proposes rotor blades with serrated-shaped panels at the trailing edge.
  • EP 1338793 proposes blades with serrated edges varying the length of the teeth and the distance between them along the blade.
  • the present invention provides a different solution to reduce the noise produced by wind turbines.
  • the present invention provides a wind turbine comprising a blade rotor that drives an electric generator and control means of said rotor, the blades having an aerodynamic profile with a leading edge and an exit edge and means that allow decrease its lift by a length L, measured from its tip, less than or equal to the radius R of the blade, allowing said control means to cyclically activate the means of decreasing the lift of each blade during its passage through a circular sector S smaller or Equally 160 ° hypothetically located in the rotor plane.
  • the present invention provides a wind turbine operation method in which said means of decreasing the lift of each blade are cyclically activated during its passage through a circular sector S less than or equal to the sector delimited in the rotor plane between two hypothetical radii located, following the direction of rotation of the blades, at 10 and 170 ° of the hypothetical radius in which the blade reaches the maximum height. This reduces the noise precisely in the area where it reaches a higher volume.
  • the basic objective of the present invention is to maximize production while maintaining noise emission within the limits established by local, regional or national regulations.
  • Figure 1 shows a perspective view of a wind turbine according to the present invention.
  • the wind turbine 11 comprises a rotor with at least one blade 13 of aerodynamic profile with an leading edge and an exit edge that incorporates a cyclic passage control system that allows an azimuth distribution of the lift of each blade 13 in all its radius R or only in a part of it of length L close to the tip that can be carried out by various means as we will see below.
  • noise emission can be efficiently limited since, according to the measurements made in the Sirocco project, the noise caused by a wind turbine 11 is basically generated in an area 15 located in the circular sector S delimited in the plane of the rotor between two hypothetical radii located, following the direction of rotation of the blades, at 10 ° and 170 ° of the hypothetical radius in which the blade reaches the maximum height and therefore a wind turbine operating method that limits the emission of noise by reducing the lift of the blades only in that region and particularly in a sector S of 120 ° where the level of noise emission is higher.
  • the zone 15 is located in the final part of the blade so that the decrease in lift can be limited to that part.
  • the generation of noise in said zone 15 occurs at any speed of rotation of the rotor so that such controls could be used even when the decrease in noise required was such that it required a lowering of the rotor speed, which allows an increase of production with respect to the noise control methods known in the art.
  • the provision in only a part of the blade of the means that allow to reduce the lift of the blade 13 also contributes to minimizing the losses of production derived from the needs of reduction of the noise emission since only the operating characteristics of a part of the blade which in a preferred embodiment is estimated to be equal to or less than one third of its total length.
  • the method of operation object of the present invention therefore requires that the wind turbine has means to change, depending on the azimuth, the operating characteristics of the profiles located in the blade tip region so as to produce a lower noise level.
  • these means should be able to be regulated according to the magnitude of the incident wind.
  • - Means that allow reducing the angle of attack in said part of the blade The estimated noise reduction for GAMESA G80 machines is of the order of 0.5 db for each degree of angle of attack that is reduced. This effect is achieved because the thickness of the boundary layer is smaller when the pressure gradient is smaller and a decrease in angle of attack implies a reduction in the pressure gradient.
  • - Means that allow the modification of the effective rope such as elements that can be swollen and deflated at will or surfaces that enter and exit through the trailing edge of the blade. The effect of decreasing the rope is much smaller than that of the decrease in the angle of attack since the pressure gradient is the same but the length over which the boundary layer develops is reduced, resulting in a thickness less than the original.
  • the wind turbine according to the present invention could be used additionally to implement methods that allow compensating the loads produced in the machine due to the non-uniformity of the current, either generated by the presence of obstacles (tower) or by characteristics of the incident wind.

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Abstract

Aerogenerador (11) que comprende un rotor de palas que acciona un generador eléctrico y medios de control de dicho rotor en el que las palas (13) incluyen medios que permiten disminuir su sustentación en una longitud L, medida desde su punta, menor o igual a su radio R y dichos medios de control permiten activar cíclicamente dichos medios de disminución de Ia sustentación durante el paso de cada pala por un sector circular S menor o igual de 160°. La invención también se refiere a un método de operación de dicho aerogenerador en el que se activan cíclicamente dichos medios de disminución de la sustentación durante el paso de cada pala por por un sector circular S delimitado entre dos hipotéticos radios situados, siguiendo el sentido de giro de las palas, a 10 y 170° del hipotético radio en el que una pala (13) alcanza la máxima altura.

Description

AEROGENERADOR ANTI-RUIDO
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un aerogenerador con un rotor de palas con medios para reducir los ruidos aerodinámicos producidos durante el giro del rotor por efecto de Ia fuerza del viento.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los aerogeneradores son una fuente importante de ruido. Sus palas producen ruido aerodinámico por Ia interacción de Ia capa límite con el borde de salida de Ia pala.
En Ia técnica anterior se ha propuesto reducir dicho ruido dotando al borde de salida de Ia palas del rotor de un elemento dentado.
La patente EP0652367 propone diferentes tipos de bordes dentados para las palas del rotor.
La patente EP 1314885 propone palas de rotor con paneles con forma dentada en el borde de salida. La patente EP 1338793 propone palas con bordes dentados variando Ia longitud de los dientes y Ia distancia entre ellos a Io largo de Ia pala.
Estas soluciones tienen problemas de fiabilidad que impiden que solo con ellas se pueda garantizar el cumplimiento de las normativas que regulan los niveles máximos de ruido de los aerogeneradores. La técnica anterior también ha propuesto Ia reducción del ruido aerodinámico de los aerogeneradores mediante Ia utilización de métodos de control de Ia operación del aerogenerador y, en particular, mediante el control de Ia velocidad del rotor. En este sentido Ia publicación "Wind Turbine Noise", Wagner et al., Springer-Verlag Berlín Heidelberg 1996 expone Ia problemática planteada por el ruido generado por los aerogeneradores y algunas propuestas para reducirlo. El inconveniente de estas propuestas es que, al menos en términos generales, Ia reducción del ruido implica una reducción de Ia producción del aerogenerador.
La presente invención proporciona una solución diferente para reducir el ruido producido por los aerogeneradores.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
En un primer aspecto, Ia presente invención proporciona un aerogenerador que comprende un rotor de palas que acciona un generador eléctrico y medios de control de dicho rotor, teniendo las palas un perfil aerodinámico con un borde de ataque y un borde de salida y medios que permiten disminuir su sustentación en una longitud L, medida desde su punta, menor o igual al radio R de Ia pala, permitiendo dichos medios de control activar cíclicamente los medios de disminución de la sustentación de cada pala durante su paso por un sector circular S menor o igual de 160° hipotéticamente situado en el plano del rotor. Esos medios son de utilidad para Ia reducción del ruido producido por el aerogenerador
En un segundo aspecto, Ia presente invención proporciona un método de operación del aerogenerador en el que se activan cíclicamente dichos medios de disminución de Ia sustentación de cada pala durante su paso por un sector circular S menor o igual al sector delimitado en el plano del rotor entre dos hipotéticos radios situados, siguiendo el sentido de giro de las palas, a 10 y 170° del hipotético radio en el que Ia pala alcanza Ia máxima altura. Se consigue con ello reducir el ruido justamente en Ia zona donde alcanza un mayor volumen.
El objetivo básico de Ia presente invención es maximizar Ia producción manteniendo Ia emisión de ruido dentro de los límites establecidos por las normas locales, autonómicas o nacionales.
Otras características y ventajas de Ia presente invención se desprenderán de Ia descripción detallada que sigue de Ia misma en relación con las figuras que se acompañan. DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
En Ia Figura 1 se muestra una vista en perspectiva de un aerogenerador según Ia presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
El aerogenerador 11 según Ia invención comprende un rotor con al menos una pala 13 de perfil aerodinámico con un borde de ataque y un borde de salida que incorpora un sistema de control de paso cíclico que permite una distribución acimutal de Ia sustentación de cada pala 13 en todo su radio R o solo en una parte de ella de longitud L cercana a Ia punta que puede llevarse a cabo por diversos medios como veremos seguidamente.
Con un aerogenerador de esas características, se puede limitar eficientemente Ia emisión de ruido ya que según las medidas realizadas en el proyecto Sirocco el ruido provocado por un aerogenerador 11 se genera básicamente en una zona 15 situada en el sector circular S delimitado en el plano del rotor entre dos hipotéticos radios situados, siguiendo el sentido de giro de las palas, a 10° y 170° del hipotético radio en el que Ia pala alcanza Ia máxima altura y por consiguiente puede implementarse un método de operación del aerogenerador que limite Ia emisión de ruido mediante Ia disminución de Ia sustentación de las palas únicamente en esa región y particularmente en un sector S de 120° donde el nivel de emisión de ruido es mayor.
Como puede observarse en Ia Figura 1 , Ia zona 15 está situada en Ia parte final de Ia pala por Io que Ia disminución de la sustentación puede limitarse a esa parte.
Aparentemente, Ia generación de ruido en dicha zona 15 se produce a cualquier velocidad de giro del rotor por Io que tales controles podrían utilizarse incluso cuando Ia disminución de ruido requerida fuera tal que exigiese una bajada de Ia velocidad del rotor, Io que permite un incremento de producción respecto a los métodos de control de ruido conocidos en Ia técnica. - A -
Por su parte, la disposición en únicamente una parte de Ia pala de los medios que permiten disminuir Ia sustentación de Ia pala 13 también contribuye a minimizar las pérdidas de producción derivadas de las necesidades de disminución de Ia emisión de ruido ya que solo se modifican las características de funcionamiento de una parte de Ia pala que en una realización preferente se estima que es igual o menor a un tercio de su longitud total.
El método de operación objeto de Ia presente invención requiere pues que el aerogenerador tenga medios para cambiar, en función del acimut, las características de funcionamiento de los perfiles situados en Ia región de punta de pala de manera que produzcan un nivel de ruido menor. Preferiblemente esos medios deben poder regularse en función de Ia magnitud del viento incidente.
Entre los medios que pueden utilizarse al respecto en Ia parte de Ia pala de longitud L cabe citar los siguientes:
- Medios que permiten disminuir el ángulo de ataque en dicha parte de Ia pala. La reducción de ruido estimada para máquinas G80 de GAMESA es del orden de 0.5 db por cada grado de ángulo de ataque que se disminuya. Ese efecto se consigue porque el espesor de capa límite es menor cuando el gradiente de presiones es menor y una disminución de ángulo de ataque implica una reducción del gradiente de presiones. - Medios que permiten Ia modificación de Ia cuerda efectiva tales como elementos que pueden ser hinchados y deshinchados a voluntad o superficies que entran y salen por el borde de salida de Ia pala. El efecto de disminución de cuerda es bastante menor que el de Ia disminución del ángulo de ataque ya que el gradiente de presiones es el mismo pero se disminuye Ia longitud sobre Ia que se desarrolla Ia capa límite dando como resultado un espesor menor que el original.
- Medios que permiten Ia modificación de Ia curvatura de los perfiles, tales como dispositivos hipersustentadores clásicos (flaps) o alerones, ó elementos flexibles incluidos en las palas que puedan ser modificados mediante algún procedimiento mecánico, térmico, químico o eléctrico. - Medios que permiten el soplado o succión de capa límite, tales como ranuras o agujeros dispuestos en Ia superficie de Ia pala, ó matrices de micro o nanoválvulas. - Utilización de materiales electroreológicos que cambian su forma mediante Ia aplicación de corriente eléctrica
El aerogenerador según Ia presente invención podría ser utilizado adicionalmente para ¡mplementar métodos que permitan compensar las cargas producidas en Ia máquina por efecto de Ia no uniformidad de Ia corriente, ya sea esta generada por Ia presencia de obstáculos (torre) o por características propias del viento incidente.
En Ia realización que acabamos de describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas dentro del alcance definido por las reivindicaciones siguientes.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Aerogenerador (11) que comprende un rotor de palas que acciona un generador eléctrico y medios de control de dicho rotor, teniendo las palas (13) un perfil aerodinámico con un borde de ataque y un borde de salida, caracterizado porque: a) las palas (13) incluyen medios que permiten disminuir su sustentación en una longitud L, medida desde su punta, menor o igual al radio R de Ia pala; b) dichos medios de control permiten activar cíclicamente los medios de disminución de Ia sustentación de cada pala (13) durante su paso por un sector circular S menor o igual de 160° hipotéticamente situado en el plano del rotor.
2.- Aerogenerador (11) según Ia reivindicación 1 , caracterizado porqué Ia longitud L es menor o igual de 1/3 del radio R de Ia pala (13).
3.- Aerogenerador (11) según una de las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque dichos medios de disminución de Ia sustentación consisten en medios que permiten disminuir el ángulo de ataque.
4.- Aerogenerador (11) según una de las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque dichos medios de disminución de Ia sustentación consisten en medios que permiten modificar Ia curvatura de los perfiles de las palas (13).
5.- Aerogenerador (11) según una de las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque dichos medios de disminución de la sustentación consisten en medios que permiten una succión o un soplado sobre Ia capa límite.
6.- Aerogenerador (11) según una de las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque dichos medios de disminución de Ia sustentación consisten en medios que permiten modificar Ia cuerda efectiva de las palas (13) .
7.- Método de operación de un aerogenerador (11) según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6 en el que se activan cíclicamente dichos medios de disminución de Ia sustentación de cada pala (13) durante su paso por un sector circular S delimitado en el plano del rotor entre dos hipotéticos radios situados, siguiendo el sentido de giro de las palas, a 10 y 170° del hipotético radio en el que una pala (13) alcanza Ia máxima altura.
8.- Método de operación de un aerogenerador según Ia reivindicación 7 en el que el sector S es igual o menor de 120°.
9.- Método de operación de un aerogenerador según una de las reivindicaciones 7 ú 8 en el que se controla Ia magnitud de Ia disminución de Ia sustentación en función de Ia velocidad del viento incidente.
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