ES2221856T3 - Dispositivo captador de energia con rotores contrarrotativos. - Google Patents
Dispositivo captador de energia con rotores contrarrotativos.Info
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Abstract
El dispositivo de captación de energía eólica para la producción de energía eléctrica que consta de un mástil vertical (2), una barquilla (3) montada de forma rotatoria en torno a un eje vertical (5) en la parte superior del mástil (2), y al menos una unidad de captación que consta al menos de una hélice (10a,10b) constituida por un cubo (8a,8b) instalado de forma giratoria en la barquilla (3) en torno a un eje (11) sensiblemente horizontal y al menos dos palas (12a,12b) fijadas al cubo (8a,8b) en direcciones sensiblemente radiales, y un generador eléctrico (9a,9b) que cuenta al menos con un rotor (15,15¿) solidario mediante rotación con la hélice (10a,10b) y al menos un estator (16) fijado a la barquilla (3); dicho dispositivo incluye una primera y una segunda unidad de captación que constan respectivamente de una primera y una segunda hélices (10a,10b) contra-rotatorias colocadas a ambos lados del eje vertical (5) del mástil (2), y está caracterizado porque los cubos (8a,8b) están montados de forma rotatoria e independiente entre sí en torno a ejes alineados, y porque incluye un primer y un segundo generador eléctrico (9a,9b) que han sido realizados con formato discoidal y que constan cada uno de ellos de: - Al menos un rotor (15,15¿) que cuenta al menos con una parte en forma de disco solidario con la hélice (10a,10b) correspondiente. - Al menos un estator (16) que cuenta al menos con una parte en forma de disco enfrente del rotor (15,15¿). - Y los medios electrónicos de potencia (22) asociados a los generadores (9a,9b) que permiten garantizar el reglaje de la velocidad del rotor (15,15¿) de manera independiente en cada una de las unidades de captación.
Description
Dispositivo captador de energía con rotores
contrarrotativos.
La invención hace referencia a un dispositivo de
captación de energía eólica para la producción de energía eléctrica
(Ver DE-A-38 44505).
Se conocen dispositivos de captación de la
energía proporcionada por el viento o aerogeneradores que constan de
un mástil vertical, una barquilla montada de forma rotatoria en
torno a un eje vertical en la parte superior del mástil, y al menos
una unidad de captación fijada a la barquilla. La unidad de
captación de la energía eólica consta al menos de una hélice
constituida por un cubo montado de forma giratoria sobre la
barquilla en torno a un eje sensiblemente horizontal y al menos dos
palas (generalmente dos o tres palas) fijadas al cubo de acuerdo con
unas direcciones sensiblemente radiales.
La barquilla, que generalmente se encuentra
carenada, está orientada, de forma automática o mediante un
dispositivo de control, para que el eje de rotación horizontal del
cubo sea dirigido siguiendo la dirección del viento y para que la
hélice inicie la rotación a una determinada velocidad que es una
función de la velocidad del viento.
La energía recuperada por la hélice del
aerogenerador puede ser utilizada de diferentes maneras y de forma
específica esta energía puede ser convertida en energía eléctrica
que puede ser utilizada localmente en el lugar donde se encuentra el
aerogenerador o ser enviada a una red de distribución.
En dicho caso, la unidad de captación del
aerogenerador constituye asimismo una unidad de producción de
energía eléctrica y consta de un generador eléctrico que cuenta al
menos con un rotor solidario con la hélice y al menos un estator
fijado sobre la barquilla.
Un primer problema observado en el caso de las
unidades de captación de energía eólica y de producción de energía
eléctrica hace referencia a la necesidad de hacer girar el rotor
del generador eléctrico a una velocidad suficiente, mediante la
rotación de la hélice. Con este fin, es necesario generalmente
utilizar un multiplicador mecánico entre la hélice y el rotor del
generador. Un dispositivo de este tipo hace más complejos la
construcción y el mantenimiento del aerogenerador.
Se ha propuesto también asociar al menos dos
hélices montadas sobre un mismo eje y girar en sentido inverso una
con respecto a la otra con el fin de accionar el generador
eléctrico. En este caso, es necesario proporcionar unos medios de
acoplamiento mecánico entre las dos hélices para garantizar el
accionamiento y el reglaje de la velocidad de rotación del rotor del
generador eléctrico.
Este tipo de dispositivos de acoplamiento
mecánico son complejos y aumentan considerablemente las dimensiones
de la parte funcional del aerogenerador.
En el caso de utilizar dos hélices
contra-rotatorias, una primera hélice está dirigida
contra el viento y la segunda hélice, que está dispuesta a
continuación de la primera hélice en la dirección del viento,
utiliza al menos una parte de la energía recuperable del viento que
no fue captada por la primera hélice.
Los dispositivos de acoplamiento mecánico entre
las hélices generalmente no permiten garantizar un funcionamiento
ideal de las dos hélices, con independencia de la velocidad del
viento, es decir, un funcionamiento que produzca una energía
acumulada a lo largo de un período determinado, como, por ejemplo,
un año, tan similar como sea posible a la energía máxima recuperable
acumulada.
En otros términos, no se conocía hasta ahora un
medio que permitiera optimizar el funcionamiento de la primera
hélice y de la segunda hélice contra-rotatorias, en
función de la velocidad del viento.
Cuando la velocidad del viento aumenta, a partir
de la velocidad de puesta en marcha de las hélices del
aerogenerador, se produce o se provoca, en relación con una
determinada velocidad del viento, un desacoplamiento aerodinámico
que garantiza una determinada regulación del funcionamiento del
aerogenerador. Es necesario proporcionar unos medios mecánicos,
como, por ejemplo, unos dispositivos de reglaje del ángulo de
incidencia de las palas de las hélices de los aerogeneradores, con
el fin de obtener el desacoplamiento o la puesta en bandolera de las
hélices, es decir, su colocación en una posición no sometida al
viento, en las condiciones deseadas. Estos dispositivos mecánicos
resultan complejos y pueden incrementar los riesgos de ruptura y de
desgaste del aerogenerador en servicio.
Por otra parte, el accionamiento del rotor del
generador o generadores eléctricos, a partir de una o de varias
hélices, requiere la utilización de medios mecánicos que aumenten
la dimensión de las unidades de captación, en especial, en la
dirección del eje de rotación de las hélices y de los rotores del
generador.
Por lo tanto, resulta preferible garantizar un
acoplamiento directo entre la hélice y el rotor del generador. Este
tipo de acoplamiento no se puede emplear en el caso de generadores
eléctricos de tipo corriente. El uso de generadores de tipo
discoidal con campo axial puede facilitar el acoplamiento con la
hélice del aerogenerador e incrementar la compacidad de la unidad de
captación del aerogenerador en la dirección axial. No obstante, los
generadores de tipo discoidal nunca han sido utilizados para equipar
aerogeneradores de hélices contra-rotatorias.
Por lo tanto, el objetivo de la invención es
proponer un dispositivo de captación de energía eólica para la
producción de energía eléctrica que consta de un mástil vertical,
una barquilla montada de forma rotatoria en torno a un eje vertical
en la parte superior del mástil, y al menos una unidad de captación
que consta al menos de una hélice constituida por un cubo montado de
forma giratoria sobre la barquilla en torno a un eje sensiblemente
horizontal y al menos dos palas fijadas al cubo en direcciones
sensiblemente radiales, un generador eléctrico que cuenta al menos
con un rotor acoplado a la hélice de manera que éste es impulsado
mediante rotación por la hélice, y al menos un estator fijado a la
barquilla; este dispositivo se puede obtener de forma compacta al
tiempo que presenta una elevada potencia instalada que permite
aumentar la energía producida a lo largo de un período de
referencia, como, por ejemplo, un año.
Con este fin, el dispositivo de captación
realizado de conformidad con la invención incluye una primera y una
segunda unidad de captación que constan respectivamente de una
primera y de una segunda hélice contra-rotatorias
colocadas a ambos lados del eje vertical del mástil, cuyos cubos
están instalados de forma rotatoria e independiente entre sí en
torno a los ejes alineados, y un primer y un segundo generador
eléctricos realizados de acuerdo con un formato discoidal y que
constan cada uno de ellos de:
- -
- Al menos un rotor que cuenta al menos con una parte en forma de disco solidario con la hélice correspondiente.
- -
- Al menos un estator que cuenta al menos con una parte en forma de disco enfrente del rotor.
- -
- Y los medios electrónicos de potencia asociados al generador que permiten garantizar el reglaje de la velocidad del rotor de manera independiente en cada una de las unidades de captación.
La invención hace referencia asimismo a un
procedimiento de reglaje del dispositivo de captación con el fin de
optimizar su funcionamiento, de modo que produzca una energía
acumulada máxima durante un período de referencia.
Con el fin de comprender bien la invención, vamos
a describir, a título de ejemplo y haciendo referencia a las figuras
que se adjuntan en calidad de anexo, un dispositivo de captación de
energía eólica y de producción de energía eléctrica realizado de
conformidad con la invención y su utilización de manera optimizada,
con el fin de producir una cantidad máxima de energía acumulada
durante un período de referencia.
La Figura 1 es una perspectiva de corte axial del
dispositivo de captación realizado de conformidad con la
invención.
La Figura 2 es una perspectiva ampliada de una
parte de la Figura 1 que muestra el generador eléctrico de una de
las unidades de captación.
La Figura 3 es un diagrama que refleja, en
función de la velocidad del viento, la potencia suministrada por
cada una de las unidades de captación y la potencia total
suministrada por el dispositivo, así como la distribución en
términos de duración de las velocidades del viento durante un
período de referencia de un año.
La Figura 4 es un diagrama que refleja, en
función de la velocidad del viento, la producción anual de energía
del dispositivo de captación realizado de conformidad con la
invención.
En la Figura 1 aparece un dispositivo de
captación realizado de conformidad con la invención que es designado
de manera general por el número de referencia 1.
En la Figura 1 se ha representado únicamente la
parte superior del mástil (2) del dispositivo de captación que lleva
la barquilla (3) en su extremidad superior, mediante un cojinete (4)
que permite un montaje rotatorio de la barquilla (3) en torno al
eje vertical (5) en la parte superior del mástil (2).
El mástil (2), del que sólo se ha representado la
parte superior en la Figura 1, puede presentar una altura muy
elevada, como, por ejemplo, una altura del orden de 40 metros; y la
parte inferior del mástil está fijada a unos cimientos de anclaje
en el suelo de la localización de producción de energía eólica.
Una envoltura de carenado (6), de forma
perfilada, está fijada alrededor de la estructura de la barquilla
(3). La forma del carenado (6) ha sido seleccionada de manera
específica para satisfacer las exigencias en materia de estética del
aerogenerador.
La barquilla (3) consta, en ambos lados del eje
vertical (5) del mástil (2) en torno al cual está instalada de
forma rotatoria, de dos prolongaciones (3 a y 3 b) sobre las que
están montados respectivamente, mediante los cojinetes (7 a y 7 b),
un primer cubo (8 a) de una primera hélice (10 a) del dispositivo de
captación y un segundo cubo (8 b) de una segunda hélice (10 b).
La primera hélice (10 a) permite garantizar la
tracción del rotor de un primer generador eléctrico (9 a) y la
segunda hélice (10 b) permite garantizar la tracción mediante
rotación del rotor de un segundo generador eléctrico (9 b) del
dispositivo de captación. La primera hélice (10 a) y el primer
generador (9 a) constituyen una primera unidad de captación y de
producción de energía eléctrica, y la segunda hélice (10 b) y el
segundo generador (9 b) constituyen una segunda unidad de captación
y de producción de energía eléctrica del dispositivo de captación
(1).
Los cojinetes (7 a y 7 b) de montaje rotatorio de
los cubos (8 a y 8 b) presentan un eje común (11) sensiblemente
horizontal que es dirigido siguiendo la dirección general de
circulación del viento durante el funcionamiento del aerogenerador.
La circulación del viento ha sido representada de forma convencional
por las flechas (13) en dirección ascendente en relación con la
primera hélice (10 a) y las flechas (13') en dirección ascendente en
relación con la segunda hélice (10 b).
De manera general, las hélices (10 a y 10 b) y
los generadores (9 a y 9 b) que constituyen las unidades de
captación son instalados sobre la barquilla (3), de acuerdo con unas
disposiciones simétricas con respecto al eje vertical (5) del
mástil (2).
La primera hélice (10 a) está colocada contra el
viento representado por las flechas (13) y la segunda hélice (10 b)
está colocada a favor del viento, en relación con la primera hélice
(10 a), de modo que reciba el viento residual que haya atravesado la
primera hélice y que está representado por las flechas (13'); las
dos hélices (10 a y 10 b) están alineadas en la dirección del
viento. Las hélices (10 a y 10 b) están montadas de forma rotatoria
sobre la barquilla (3), de manera totalmente independiente entre
sí, y no está previsto emplear ningún dispositivo mecánico de
acoplamiento entre las dos hélices.
Cada una de las hélices (10 a y 10 b) está
constituida por el correspondiente cubo (8 a u 8 b) y por un juego
de palas respectivas (12 a o 12 b) que están fijadas de manera
rígida en direcciones sensiblemente radiales al cubo (8 a o 8
b).
Cada uno de los rotores puede incluir, por
ejemplo, dos o tres palas radiales fijadas a un ángulo respectivo de
180º o de 120º en torno al eje (11) de rotación de los cubos.
Tal y como se muestra en la parte central de la
Figura 1, las palas (12 a y 12 b) presentan una forma perfilada en
su sección transversal por un plano paralelo al eje de rotación de
la hélice.
Los perfiles de las palas (12 a y 12 b) presentan
unas disposiciones invertidas, de modo que el viento haga girar las
hélices en sentidos inversos. Por lo tanto, las dos hélices se
denominan hélices contra-rotatorias. Se han
representado mediante flechas circulares (14 y 14') el sentido de
rotación de la primera hélice (10 a) y de la segunda hélice (10 b),
respectivamente.
Cada uno de los generadores eléctricos (9 a y 9
b) ha sido realizado con formato discoidal e incluye dos rotores
solidarios mediante rotación con la hélice correspondiente y un
doble estator fijado a una parte de la barquilla (3).
Los dos generadores eléctricos (9 a y 9 b), cuya
disposición es simétrica con respecto al eje (5), han sido
realizados de la misma manera, por lo que únicamente se describirá
de forma detallada el generador (9 a) de la primera unidad de
captación, haciendo referencia a la Figura 2.
El generador (9 a), realizado con formato
discoidal, incluye dos estatores (15 y 15') con una forma general
anular y con una sección (16 ó 16') con forma de disco plano que
lleva en su cara externa dirigida hacia el estator dos imanes
permanentes (17 ó 17'). Los discos (16 y 16') de los rotores (15 y
15') son solidarios con un cuerpo del rotor hueco y anular que
cierra un cubo laminado constituido por una superposición de chapas.
El rotor (15) está directamente fijado al cubo (8 a) mediante unos
tornillos (19) que garantizan asimismo la fijación de la parte
interna giratoria del cojinete (7 a) de montaje rotatorio del cubo
(8 a) y de la hélice (10 a).
La parte fija externa del cojinete (7 a) es
solidaria con una sección de la barquilla (3) sobre la que está
también fijado el estator (18) de forma global anular, presentando
dos caras planas discoidales colocadas enfrente de las caras planas
discoidales de los estatores (16 y 16') que llevan los imanes
permanentes (17 y 17').
Los dos rotores (15 y 15') se convierten en
solidarios mediante los tornillos que garantizan el ajuste de los
discos (16 y 16') de los estatores contra una corona periférica (20)
en diversas partes. El mantenimiento de los rotores en dirección
axial está garantizado por cojinetes axiales asociados al cojinete
giratorio (7 a) y por un cojinete axial doble (21) que garantiza el
mantenimiento del rotor en la dirección axial y en dos direcciones
opuestas.
El estator (18) incluye dos secciones situadas
respectivamente frente al rotor (16) y al rotor (16') y que están
compuestas cada una de ellas por un cubo de chapa laminada en el que
están montados los bobinados situados frente a los imanes
permanentes (17 y 17') de los rotores (16 y 16').
Los bobinados del estator (20) están conectados
mediante conductores eléctricos a los medios de conexión del
generador a una línea de utilización de la corriente producida. Los
bobinados del estator también están conectados a una caja (22)
solidaria con la barquilla (3) y que alberga un dispositivo
electrónico de potencia que permite controlar el generador eléctrico
y garantizar el reglaje de la velocidad de rotación de los rotores
(15 y 15').
Por supuesto, el segundo generador eléctrico (9
b) está conectado de la misma manera que el primer generador
eléctrico a un dispositivo electrónico de potencia que puede estar
colocado en la caja (22), de modo que se puede llevar a cabo de
forma totalmente independiente el control del primer y del segundo
generador eléctrico y el reglaje de la velocidad del rotor del
primer generador y la primera hélice y el reglaje de la velocidad
del segundo generador y la segunda hélice.
Ahora vamos a describir, haciendo referencia a la
Figura 3 y a la Figura 4, el procedimiento de reglaje del
dispositivo de captación realizado de conformidad con la invención
mediante el reglaje de la velocidad de los rotores de los
generadores y de las hélices de las dos unidades de captación del
dispositivo de conformidad con la invención.
En la Figura 3 se ha representado con la forma de
una curva (23) el número de horas (reseñadas en el eje de
coordenadas) a lo largo de un período de referencia de un año
durante las cuales el viento al que está sometido el dispositivo de
captación realizado de conformidad con la invención presenta una
velocidad que se indica en el eje de abscisas. En realidad, cada uno
de los puntos que proporcionan un número de horas con una
determinada velocidad de viento se corresponde con un ámbito de
velocidades con una amplitud de un metro/segundo.
La curva (23) es representativa de la
distribución de las velocidades del viento en el transcurso del año
en la localización en la que está instalado el aerogenerador. La
curva (23) incluye un punto inicial a la izquierda de la Figura 3
que se corresponde con una velocidad del orden de 3 m/segundo, que
es la velocidad del viento necesaria para la puesta en marcha del
aerogenerador. Asimismo se ha reseñado en la Figura 3, en forma de
curvas (24 y 25), la potencia suministrada por la primera unidad de
captación y por la segunda unidad de captación del dispositivo
realizado de conformidad con la invención, en función de la
velocidad del viento.
Por último, se ha representado mediante la curva
(26) la potencia total suministrada por el dispositivo, es decir, la
suma de las potencias suministradas por la primera y por la segunda
unidad de captación del dispositivo.
Tal y como se reseña en la Figura 3, la puesta en
marcha de las dos unidades de captación se produce con una velocidad
del viento del orden de 3 m/segundo, y las hélices de las unidades
de captación giran a una velocidad creciente cuando aumenta la
velocidad del viento. De forma correlativa, cada una de las unidades
de captación también genera una potencia creciente.
En una primera zona A, la velocidad de la sección
giratoria de la primera unidad de captación colocada contra el
viento aumenta hasta alcanzar una velocidad que se corresponde con
el inicio de la regulación mediante desacoplamiento aerodinámico de
la parte giratoria de la primera unidad de captación. La velocidad a
la que se inicia el desacoplamiento aerodinámico es de
aproximadamente 9 m/segundo. Dicho desacoplamiento se puede accionar
u obtener de forma automática, cuando la velocidad del viento
alcanza el límite que es determinado por las características de la
primera unidad de captación.
En las condiciones de funcionamiento de la zona
A, la primera unidad de captación opera a su rendimiento máximo, y
el coeficiente de potencia CP o coeficiente de Betz es también
máximo. Se define el coeficiente de potencia o coeficiente de Betz
como la relación entre la energía recuperada y la energía máxima
recuperable que representa aproximadamente el 60% de la energía
cinética del viento.
Debido al hecho de que la primera unidad de
captación funciona a su rendimiento máximo, la segunda unidad de
captación únicamente dispone para su impulsión mediante rotación de
una fracción de la energía cinética recuperable; y dicha fracción
representa, por ejemplo, del 50% al 80% de la energía absorbida por
la primera unidad de captación.
En la Figura 3 se ha representado el caso en el
que la segunda unidad de captación sólo dispone del 50% de la
energía recogida por la primera unidad de captación. La velocidad de
rotación de la sección giratoria de la segunda unidad de captación
está adaptada a la velocidad del viento, con el fin de que esta
segunda unidad de captación funcione a su coeficiente CP máximo.
En la zona A, la potencia total recuperada es en
este caso igual a una vez y media la potencia recogida por la
primera unidad de captación. Por lo tanto, la ganancia de potencia
obtenida gracias a la segunda unidad de captación es en este caso de
aproximadamente el 50% en la zona A.
A continuación de la zona A se ha representado en
el gráfico de la Figura 3 una zona B que va desde el punto de
desacoplamiento aerodinámico de la primera unidad de captación (para
una velocidad del viento del orden de 9 m/segundo) hasta el punto
de desacoplamiento aerodinámico de la segunda unidad de captación
(para una velocidad del viento del orden de 11 m/segundo).
En la citada zona B, la sección giratoria de la
primera unidad de captación comienza a realizar el desacoplamiento
aerodinámico; y cuanto más aumenta el viento, mayor es el
desacoplamiento aerodinámico de la sección giratoria de la primera
unidad de captación. Por lo tanto, la energía cinética residual
recuperable por la sección giratoria de la segunda unidad de
captación se incrementa hasta alcanzar el punto de desacoplamiento
aerodinámico de la sección giratoria de la segunda unidad de
captación para una velocidad (por ejemplo, 11 m/segundo) que es una
función de las características de la segunda unidad de captación. En
la zona B, la segunda unidad de captación funciona a un coeficiente
CP máximo.
En la zona siguiente C, las dos unidades de
captación funcionan en unas condiciones de desacoplamiento
creciente, la primera unidad de captación alcanza un desacoplamiento
máximo antes que la segunda unidad de captación, de modo que la
ganancia de potencia generada por la sección giratoria de la segunda
unidad de captación se incrementa desde el 50% en la zona C para la
velocidad de inicio del desacoplamiento hasta el 100% para la
velocidad del viento (aproximadamente 14 m/segundo) en la que las
secciones giratorias de las dos unidades de captación se encuentran
en situación de desacoplamiento aerodinámico.
A continuación, y hasta las velocidades de viento
más elevadas (zona D), las dos unidades de captación aportan la
misma contribución a la potencia total suministrada por el
dispositivo de captación.
Por lo tanto, el reglaje de la velocidad
realizado de manera independiente en las secciones giratorias de
cada una de las unidades de captación permite efectuar, en relación
con cualquier velocidad de viento, una optimización del dispositivo
de captación, de modo que la potencia suministrada por este
dispositivo es la más elevada posible, tomando en consideración el
valor de la energía eólica recuperada.
La regulación de la velocidad de las secciones
giratorias de las unidades de captación se realiza por medio del
dispositivo electrónico de potencia asociado al generador eléctrico
de dichas unidades de captación.
En la Figura 4 se ha representado en forma de
curva (27) la energía producida en el período de referencia de un
año por la primera unidad de captación en función de la velocidad
del viento, y también se ha representado en forma de curva (28) la
energía producida anualmente por el conjunto del dispositivo que
consta de la primera y la segunda unidad de captación en función de
la velocidad del viento.
Las curvas (27 y 28) se han obtenido a partir de
la curva (23) y de las curvas (24 y 26), respectivamente, mediante
la multiplicación de las potencias suministradas por el número de
horas correspondiente a la velocidad del viento.
La utilización de una segunda unidad de captación
instalada en la barquilla del aerogenerador a continuación de la
primera unidad de captación permite aumentar la recuperación de
energía en aproximadamente el 60%-70% con respecto a la utilización
de una única unidad de captación que conste de una sección giratoria
con el mismo diámetro y presente las mismas características
aerodinámicas que la sección giratoria de la unidad de captación
empleada de forma complementaria.
La regulación de la velocidad de las secciones
giratorias de las unidades de captación permite optimizar la
recuperación de energía en cada una de las unidades de captación, y
de forma específica lograr un funcionamiento de la segunda unidad de
captación de carácter óptimo en relación con la recuperación de la
energía recuperable que no ha sido recogida por la primera unidad de
captación.
Por lo tanto, el dispositivo y el procedimiento
realizados de conformidad con la invención permiten incrementar la
potencia instalada de un dispositivo de captación de energía eólica,
utilizando una primera y una segunda unidad de captación colocadas
una a continuación de la otra, y aumentar la energía producida a lo
largo de un período de referencia mediante la regulación de la
primera y la segunda unidad de captación.
Por otra parte, el dispositivo de captación
realizado de conformidad con la invención no incluye partes
mecánicas complejas y frágiles, y la regulación de la velocidad de
las secciones giratorias de las unidades de captación se lleva a
cabo exclusivamente a través de medios electrónicos.
La invención no se limita estrictamente al modo
de realización que se ha descrito.
De este modo, las hélices y los generadores
eléctricos de las unidades de captación pueden ser realizados de
acuerdo con una forma diferente.
Las hélices de las unidades de captación pueden
incluir un número cualquiera de palas cuya longitud se puede
seleccionar dentro de una amplia gama.
El generador eléctrico puede incluir un único
rotor y un único estator, o al contrario, una o varias unidades que
consten ellas mismas de uno o varios rotores o de uno o varios
estatores.
El dispositivo electrónico de potencia para el
control de los generadores eléctricos y la regulación de la
velocidad de los rotores acoplados a las hélices se puede llevar a
cabo mediante cualquier medio conocido por los profesionales del
sector.
La invención es aplicable a la fabricación y a la
explotación de cualquier aerogenerador para la producción de
corriente eléctrica.
Claims (4)
1. El dispositivo de captación de energía eólica
para la producción de energía eléctrica que consta de un mástil
vertical (2), una barquilla (3) montada de forma rotatoria en torno
a un eje vertical (5) en la parte superior del mástil (2), y al
menos una unidad de captación que consta al menos de una hélice (10
a, 10 b) constituida por un cubo (8 a, 8 b) instalado de forma
giratoria en la barquilla (3) en torno a un eje (11) sensiblemente
horizontal y al menos dos palas (12 a, 12 b) fijadas al cubo (8 a,
8 b) en direcciones sensiblemente radiales, y un generador eléctrico
(9 a, 9 b) que cuenta al menos con un rotor (15, 15') solidario
mediante rotación con la hélice (10 a, 10b) y al menos un estator
(16) fijado a la barquilla (3); dicho dispositivo incluye una
primera y una segunda unidad de captación que constan
respectivamente de una primera y una segunda hélices (10 a, 10 b)
contra-rotatorias colocadas a ambos lados del eje
vertical (5) del mástil (2), y está caracterizado porque los
cubos (8 a, 8 b) están montados de forma rotatoria e independiente
entre sí en torno a ejes alineados, y porque incluye un primer y un
segundo generador eléctrico (9 a, 9 b) que han sido realizados con
formato discoidal y que constan cada uno de ellos de:
- -
- Al menos un rotor (15, 15') que cuenta al menos con una parte en forma de disco solidario con la hélice (10 a, 10 b) correspondiente.
- -
- Al menos un estator (16) que cuenta al menos con una parte en forma de disco enfrente del rotor (15, 15').
- -
- Y los medios electrónicos de potencia (22) asociados a los generadores (9 a, 9 b) que permiten garantizar el reglaje de la velocidad del rotor (15, 15') de manera independiente en cada una de las unidades de captación.
2. El procedimiento de optimización de la energía
y de la potencia producida por un dispositivo de captación de
energía eólica realizado de conformidad con la 1ª reivindicación,
caracterizado por el hecho de que, a través del dispositivo
electrónico de potencia (22), se lleva a cabo el reglaje de la
velocidad del rotor (15, 15') y de la hélice (10 a, 10 b) de cada
una de las unidades de captación, en función de la velocidad del
viento.
3. El procedimiento de conformidad con la 2ª
reivindicación, caracterizado por el hecho de que, en una
primera zona de funcionamiento A, y para unas velocidades de viento
que van desde la velocidad de puesta en marcha de las unidades de
captación hasta la velocidad a la que se realiza el desacoplamiento
aerodinámico de la sección giratoria de la primera unidad de
captación, la primera y la segunda unidad de captación funcionan en
unas condiciones de rendimiento máximo, y porque a continuación se
regula la velocidad de las secciones giratorias de las unidades de
captación con el fin de controlar el desacoplamiento aerodinámico de
la sección giratoria de la primera unidad de captación y la
recuperación de la energía residual por parte de la sección
giratoria de la segunda unidad de captación, de modo que el
incremento de la potencia y de la energía producida por la segunda
unidad de captación alcanza de forma progresiva el valor de la
potencia y de la energía recuperada por la primera unidad de
captación para unas velocidades de viento crecientes.
4. El procedimiento de conformidad con la 3ª
reivindicación, caracterizado por el hecho de que el
incremento de la potencia y de la energía producida por la segunda
unidad de captación pasa, tras el inicio del desacoplamiento
aerodinámico de la sección giratoria de la primera unidad de
captación, progresivamente del 50% al 100% de la potencia y de la
energía producida por la primera unidad de captación.
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