ES2331000T3 - Instalacion de energia eolica. - Google Patents
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Abstract
Instalación de energía eólica con una torre (2) que aloja un soporte (7) apoyado en un cojinete de pivote (8), alojando el soporte (7) por su lado al menos una unidad de rotor (3), que se sitúa en un plano desplazado respecto a la torre y el soporte (7) debe posicionarse de forma que la unidad de rotor (3) puede posicionarse en un punto lo más profundo posible, que está previsto un dispositivo de descuelgue (13), mediante el que se baja la unidad de rotor (3) del soporte (7) y puede conducirse hasta éste para la fijación, y que el dispositivo de descuelgue (13) está configurado dentro del soporte (7).
Description
Instalación de energía eólica.
La invención se refiere a una instalación de
energía eólica o a la construcción de una instalación de energía
eólica semejante, en particular del tipo offshore. En la
construcción conocida hasta ahora de instalaciones de energía
eólica, en primer lugar se fabrica una torre de la instalación de
energía eólica, formándose esta torre por una torre de acero, torre
de hormigón o también una torre de celosía. Después de la
construcción de la torre se coloca una carcasa de máquinas sobre la
punta de la torre, y esta carcasa de máquinas comprende entonces
toda la góndola junto al generador, rotor y otras partes. Una
carcasa de máquinas semejante con las aspas aquí fijadas y un
generador unido con ello se designan a continuación como unidad de
rotor.
Después de que la unidad de rotor está anclada
sobre la punta de la torre y están tendidos todos los cables
necesarios para la transmisión de energía, puede comenzarse
básicamente con el funcionamiento de la instalación de energía
eólica, debiéndose realizar al inicio todavía regulaciones para que
se garantice un funcionamiento óptimo de la instalación.
También ha sido propuesto como se conoce, por
ejemplo, del documento DE 44 13 688 o Erich Hau,
"Windkraftanlagen", 2ª edición, página 30, imagen 2.6, que una
torre de una instalación de energía eólica puede alojar no sólo una
unidad de rotor, sino varias unidades de rotor. Para ello la torre
de la instalación de energía eólica está prevista como una
construcción portante en la que, por su lado, se fijan de nuevo
diferentes unidades de rotor. El documento W09610130 da a conocer
una instalación de energía eólica, en la que las aspas individuales
se suben con un cable a través del cubo de rotor.
Puede verse que la construcción de una
instalación de energía eólica semejante puede realizarse de forma
segura por completo en el campo mediante la colocación de grúas de
obra, no obstante, apenas es posible la construcción de
instalaciones de energía eólica semejantes del tipo offshore, ya que
en el caso de alturas constructivas muy elevadas, 60 m y más sobre
el nivel del mar, durante la construcción es un requisito básico un
tiempo casi sin oleaje. Puesto que justo en el tipo offshore y por
consiguiente en alta mar, condiciones semejantes de tiempo pueden
encontrarse sólo de forma sumamente rara y luego también inestable,
el objetivo de la presente invención es proponer medidas técnicas,
mediante las que sea posible la construcción de instalaciones de
energía eólica del tipo offshore casi con cualquier tiempo, también
si se produce un oleaje pequeño o mediano.
La invención resuelve el objetivo mencionado
anteriormente por una medida constructiva con las características
según la reivindicación 1. Ampliaciones ventajosas se describen en
las reivindicaciones dependientes.
En la instalación de energía eólica según la
invención, en la torre o en la punta de la torre está dispuesta
alojada de forma giratoria una construcción portante. Esta
construcción portante puede pivotarse ahora hacia abajo sobre el
agua, hasta que entre la punta del soporte y el barco, en el que
está dispuesta la unidad de rotor de la instalación de energía
eólica, existe una distancia lo más pequeña posible. Por
consiguiente no son necesarias grúas de gran elevación.
Si ahora la instalación de energía eólica misma
también dispone aún del equipo elevador para la unidad de rotor,
con el que puede elevarse la unidad de rotor alojada sobre el barco
de la instalación de energía, toda la unidad de rotor, así el rotor
con las aspas colocadas aquí y dado el caso la carcasa de máquinas
unida con éste, puede guiarse a la punta del soporte y puede
anclarse allí. Acto seguido puede pivotarse de nuevo todo el
soporte a la posición deseada.
Si toda la instalación de energía eólica
presenta una construcción portante que está hecha de varios brazos
de soporte, toda la instalación de energía eólica puede alojar
también varias unidades de rotor, lo que se conoce principalmente
del estado de la técnica mencionado anteriormente, no obstante, su
construcción ahora es posible de forma muy ventajosa con las
medidas según la invención.
No debe olvidarse que justo en el caso de carga
muy intensa de las instalaciones de energía eólica del tipo
offshore también debe realizarse de vez en cuando un mantenimiento
y, dado el caso, también un recambio de elementos determinados de
la instalación de energía eólica. Si luego debieran emplearse
siempre las grúas de los barcos, dado el caso no sería posible en
absoluto un mantenimiento semejante o un recambio de los elementos
o piezas de las instalaciones de energía eólica, ya que durante
semanas no se presentaría el tiempo correspondiente que permitiese
el empleo seguro de las grúas de los barcos semejantes.
Con la instalación de energía eólica según la
invención, por el contrario puede realizarse, en caso de un tiempo
muy frío, también un mantenimiento o, dado el caso, también en
momento de necesidad un recambio de elementos de la instalación de
energía eólica o de todas las instalaciones de rotor, en las que
éstos se bajan mediante el equipo elevador, que presenta la
instalación de energía eólica, sobre el barco correspondiente de
mantenimiento o que desde allí se levantan.
Para ello se desplaza preferiblemente el brazo
de soporte, sobre el que debe situarse la unidad de rotor a ser
montada, a la posición de las seis en punto, de forma que entre el
barco (o una plataforma correspondiente de tratamiento, pontón,
etc.) y la punta del soporte está presente una distancia lo menor
posible.
Si la estructura de soporte está configurada
como estrella de soporte de tres brazos, dándose una distancia
igual (120º) entre los brazos de soporte, se lleva sucesivamente
cada brazo de soporte a la posición de las seis en punto y puede
equiparse en primer lugar una vez con las unidades correspondientes
de rotor.
Una instalación de energía eólica semejante
representa ya entonces, si cada unidad de rotor dispone de una
potencia realmente grande, por ejemplo, 1, 5 MW a 10 MW por unidad
de rotor, una central más pequeña o mediana. Para ello en el tipo
offshore deben tomarse medidas considerables para la construcción de
la torre, además, sólo una vez para una instalación de energía
eólica según la invención, también si toda la instalación de
energía eólica porta dos, tres o más unidades de rotor. Esto es
entonces considerablemente más barato que cuando debe construirse
una torre propia por unidad de rotor.
Si durante el montaje de la instalación de
energía eólica, por ejemplo, los brazos de soporte se colocan en el
cojinete de pivote, aparecen de forma inevitable grandes pares de
fuerzas y por consiguiente cargas correspondientemente elevadas.
Otro problema se produce si, por ejemplo, después del montaje del
primer brazo de soporte debe girarse el cojinete de pivote a la
posición para el montaje de otro brazo de soporte, ya que entonces
el brazo de soporte ya montado conduce a fuerzas de retroceso que
deben absorberse de forma segura por la construcción.
Para eliminar estas cargas que resultan de los
pares de fuerzas, en el cojinete de pivote pueden colocarse pesos
antes de este montaje que provocan un par de fuerzas, el cual se
corresponde al de un brazo de soporte. En el caso de un soporte con
3 brazos de soporte o pesos desplazados unos respecto a otros en
120º, el par de fuerzas resultante es así siempre nulo.
En este caso en función del procedimiento de
montaje de la instalación de energía eólica son necesarios
diferentes pesos. En el cojinete de pivote deben colocarse siempre
pesos que generan el mismo par de fuerzas que el brazo de soporte y
la unidad de rotor juntos. Si el brazo de soporte y la unidad de
rotor se montan uno tras otro sin cambio de la posición del
cojinete de pivote, estos pesos son suficientes para el proceso de
montaje.
No obstante, si en primer lugar se montan unos
tras otros todos los brazos de soporte, por ejemplo, ya que éstos
ya están a disposición antes que las unidades de rotor, son
necesarios ulteriormente pesos. Estos pesos deben generar un par de
fuerzas correspondiente a aquella de la unidad de rotor y se montan
en los brazos de soporte. De esta manera, después del montaje de
los brazos de soporte pueden montarse las unidades de rotor - de
nuevo sin generar un par de fuerzas resultante.
Según una ampliación preferida de la invención,
el dispositivo de descuelgue o de elevación comprende una polea de
inversión o un polipasto. Mediante un polipasto semejante y
naturalmente un cable que discurre sobre éste puede realizarse
entonces también un proceso de elevación o descuelgue, si la fuerza
necesaria para este proceso se entrega, por ejemplo, en las
instalaciones offshore por una máquina a bordo de un barco. Para
compensar el oleaje puede emplearse para ello preferiblemente
viento de amarre. De esta manera puede crearse al menos un
dispositivo de elevación o descuelgue de emergencia, que permite
también entonces todavía trabajos correspondientes, si falla un
accionamiento presente en la instalación de energía eólica. Para
reducir los costes de la instalación de energía eólica, puede
ahorrarse así también el accionamiento para el dispositivo de
elevación o descuelgue.
Pero ante todo la construcción según la
invención permite un establecimiento muy económico y con poco
mantenimiento, como también cuidado y por consiguiente también el
recambio de piezas individuales de la instalación de energía
eólica.
Si deben repararse, por ejemplo, piezas de una
unidad de rotor si, por ejemplo, deben cambiarse o renovarse las
aspas, así después de la pivotación de la unidad de rotor
concerniente a la posición de las seis en punto, toda la unidad
puede bajarse sobre el barco correspondiente y allí o en tierra
puede repararse correspondientemente y acto seguido la unidad de
rotor a la que se le ha hecho el mantenimiento puede llevarse de
nuevo a su posición deseada, estando en funcionamiento al mismo
tiempo las unidades de rotor que no están afectadas por el servicio,
y que incluso sobre un nivel más elevado por encima de la línea de
flotación, de forma que las unidades de rotor restantes están
expuestas en total a un viento más fuerte que habitualmente.
Todo el soporte se sitúa preferiblemente en un
plano, está alojado desplazado respecto al a torre de forma
giratoria y además puede pivotarse de nuevo alrededor de la torre.
Igualmente las unidades de rotor individuales pueden adoptar
también un ángulo azimutal deseado (el ángulo alrededor de la unidad
de soporte). Por consiguiente todas las unidades de rotor pueden
conducirse hacia el viento en la posición respectivamente deseada,
de forma que siempre se obtiene una ganancia óptima de energía.
La invención se explica detalladamente a
continuación mediante un ejemplo de realización representado en los
dibujos.
Figura 1 muestra la vista frontal de una
instalación de energía según la invención del tipo offshore.
Figura 2 muestra la vista frontal de una
instalación de energía eólica según la invención en la posición de
montaje de una unidad de rotor.
Figura 3 muestra la instalación de energía
eólica representada en la figura 2 en vista lateral.
Figura 4 muestra la instalación de energía
eólica representada en la figura 3 durante el montaje de una unidad
de rotor.
\vskip1.000000\baselineskip
En la figura 1 está representada en vista
frontal una instalación de energía eólica del tipo offshore, que se
compone de una torre 2 y tres unidades de rotor 3, 4 y 5. Cada
unidad de rotor dispone de la misma estructura. Las unidades de
rotor se alojan por un soporte, que está configurado por su lado
como estrella de soporte 7 y que está montado de forma giratoria
sobre la punta de la torre 2. El cojinete de pivote 8
correspondiente está indicado asimismo como el cojinete azimutal 9,
mediante el que todo el soporte puede pivotase (girarse) alrededor
de la torre. Los accionamientos correspondientes para el giro del
soporte alrededor del punto central del soporte 10 y para la
pivotación del soporte alrededor del eje de la torre no están
representados. No obstante, para accionamientos semejantes pueden
emplearse accionamientos habituales por motor, por ejemplo,
accionamientos de motor eléctrico que están diseñados para fuerzas
correspondientes de motor.
Cada unidad de rotor 3, 4 y 5 se componen de un
rotor con aspas colocadas aquí y también de un generador unido
respectivamente con éstas (no representado). La construcción se
conoce ya de instalaciones de energía eólica habituales, por
ejemplo, el tipo E-40, E-66 de la
empresa Enercon. Además, cada unidad de rotor se compone también de
los dispositivos habituales para el funcionamiento de toda la unidad
de rotor y las aspas 11 de un rotor pueden cambiarse hacia el
viento en un ángulo de ataque (ajuste de pitch), para lo que se
emplean dispositivos conocidos correspondientemente de ajuste de
pitch (no representado).
La potencia eléctrica generada por cada unidad
de rotor se evacua o transforma ulteriormente a través de una fase
del convertidor de tensión, que está asignado a cada rotor, o a
través de una fase del convertidor de tensión central (una fase del
convertidor de tensión comprende un rectificador, circuito
intermedio de tensión continua y un ondulador conectado
posteriormente), por ejemplo, también a una unidad de
transformación, mediante la cual la energía eléctrica generada se
eleva al nivel de tensión deseado.
Si ahora se construye una instalación de energía
eólica representada como en la figura 1, con los medios conocidos
hasta ahora las piezas correspondientes de una unidad de rotor
deberían ponerse mediante barcos con grúa sobre las puntas de los
soportes o la carcasa de máquinas allí dispuesta.
No obstante, para el montaje de una instalación
de energía eólica según la invención puede pivotarse todo el
soporte alrededor de su eje central de soporte 10, de forma que,
según se representa en la figura 2, un brazo de soporte está
orientado en la posición de las seis en punto (es decir, dirigido
verticalmente hacia abajo sobre el plano del agua). Por ello se
produce una distancia lo más pequeña posible entre la punta del
brazo de soporte 7 y el barco, el cual aloja la unidad de rotor para
el montaje en la instalación de energía eólica.
Toda la unidad de rotor puede conducirse hasta
la punta del brazo de soporte 12 al elevarla mediante el dispositivo
de descuelgue como equipo elevador, estando configurado el equipo
elevador en la misma instalación de energía eólica y por
consiguiente no siendo necesaria por fuerza una grúa de barco. Este
equipo elevador se componen de un cable da accionamiento diseñado
correspondientemente, que se compone de uno o varios cables que está
guiado por el brazo de soporte 7, que está configurado por su lado
interiormente hueco. Toda la unidad de rotor se levanta del barco
mediante el equipo elevador o se baja allí. Si la unidad de rotor
está montada en el brazo de soporte 7, éste se gira ulteriormente
(después del montaje de la primera unidad de rotor) hasta que el
siguiente brazo de soporte 7 se encuentra en la posición de las seis
en punto o hasta que están montadas así todas las unidades de rotor
en el brazo de soporte.
Acto seguido toda la construcción de soporte
puede pivotarse como en la figura 1, de forma que las unidades de
rotor 3, 4 y 5 individuales presentan en total una altura máxima
sobre el nivel del mar.
La figura 3 muestra la disposición representada
en la figura 2 en vista lateral, pudiéndose reconocer que el
soporte con los brazos de soporte 7 montados aquí se sitúa en un
plano desplazado lateralmente respecto a la torre 2, y por
consiguiente puede pivotarse mediante el cojinete azimutal 9
alrededor de la torre. En la figura 3 puede reconocerse también un
equipo elevador 13 configurado como cable de accionamiento, estando
configurado en el interior del soporte un rodillo de alojamiento de
cable 14 guiándose el cable 13 mismo alojado por él a través de los
brazos de soporte 7 configurados de forma hueca, para soportar las
unidades de rotor 3, 4 y 5 o sus piezas esenciales. Se entiende del
mismo que básicamente cada brazo de soporte 7 puede configurarse
con un cable propio, que se baja en éste según el posicionamiento de
los brazos de soporte 7.
En el ejemplo representado, las mismas unidades
de rotor 3, 4 y 5 individuales no presentan un cojinete azimutal
respecto a los brazos de soporte 7, de forma que así todo el ajuste
de los brazos de soporte 7 hacia el viento se realiza a través del
cojinete azimutal 9 único. No obstante, en caso de necesidad puede
configurarse un cojinete azimutal propio también en la transición
entre una unidad de rotor 3, 4 y 5 y un brazo de soporte 7 (como el
cojinete azimutal en instalaciones conocidas entre la carcasa de
máquinas y la torre de una instalación de energía eólica).
La figura 4 muestra un croquis durante el
montaje de una instalación de energía eólica según la invención. En
este caso un barco 15 con un soporte auxiliar 16 aloja una unidad de
rotor 3. Después de que el equipo elevador ha sido anclado en esta
unidad de rotor 3, toda la unidad de rotor 3 se arrastra hacia
arriba (en caso de necesidad se pivota un ángulo deseado) y puede
fijarse entonces en el brazo de soporte 7.
Si por motivos de mantenimiento o por otros
motivos debe repararse toda una unidad de rotor o piezas esenciales,
a través del equipo elevador puede bajarse correspondientemente
toda la unidad de rotor 3 o esencialmente piezas sobre el barco de
mantenimiento 15, sobre el que se realiza en sí el mantenimiento o
se fleta luego a tierra el elemento a reparar.
Si durante el mantenimiento debe retirarse una
unidad de rotor 3, las otras dos unidades de rotor. situadas
entonces en las posiciones de las 2 y las 10 en punto - pueden
funcionar ulteriormente, de forma que se garantiza siempre todavía
una ganancia máximo posible de corriente y potencia.
La invención puede emplearse de forma
especialmente ventajosa en instalaciones de energía eólica de gran
potencia, es decir, así en instalaciones de energía eólica que
disponen en total de una potencia de, por ejemplo, 8 MW a
30 MW.
30 MW.
Si cada unidad de rotor individual presenta, por
ejemplo, una potencia de 4 MW a 5 MW, con la instalación de energía
eólica según la invención se facilita durante el funcionamiento en
total una potencia de 12 MW a 15 MW.
Durante el funcionamiento de una instalación de
energía eólica semejante debe atenderse a que la distancia mínima
entre la punta del aspa individual (en la posición de las seis en
punto del aspa afectada) sobre el nivel del mar no se diferencie de
una altura mínima consabida (por ejemplo, 50 m). Por consiguiente se
excluye una colisión por el tráfico habitual de barcos.
La instalación de energía eólica representada
por su tamaño tiene también la ventaja de que puede alojar también
los locales necesarios para el personal de mantenimiento y servicio,
las instalaciones de energía eólica habituales antes como hasta
ahora y sus torres. Fácilmente se omite entonces que las
instalaciones de energía eólica del tipo offshore no sólo
funcionan, sino que también deben manejarse por el personal
correspondiente. Al personal semejante se le debe poner a
disposición un entorno social correspondiente como espacios
(espacios comunes, cocinas, dormitorios, taller, etc). Una
construcción semejante es posible en torres muy grandes de forma
mucho más sencilla que en torres relativamente pequeñas con
diámetros relativamente pequeños.
Los costes para una torre individual -también
cuando esta es muy grande- son claramente menores que para la
construcción de tres torres, porque cada torre individual debe
disponer de un fundamento propio, y solo raramente en el tipo
offshore para cada torre debe requerirse el mismo fundamento (misma
profundidad, etc) para diferentes instalaciones de un parque eólica
offshore.
Para el aumento de la estabilidad del soporte
puede ser también razonable que los brazos de soporte estén
asegurados entre sí con cables tensores.
Claims (12)
1. Instalación de energía eólica con una torre
(2) que aloja un soporte (7) apoyado en un cojinete de pivote (8),
alojando el soporte (7) por su lado al menos una unidad de rotor
(3), que se sitúa en un plano desplazado respecto a la torre y el
soporte (7) debe posicionarse de forma que la unidad de rotor (3)
puede posicionarse en un punto lo más profundo posible, que está
previsto un dispositivo de descuelgue (13), mediante el que se baja
la unidad de rotor (3) del soporte (7) y puede conducirse hasta éste
para la fijación, y que el dispositivo de descuelgue (13) está
configurado dentro del soporte (7).
2. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 1, caracterizada porque el soporte (7) está
configurado en forma de estrella y presenta tres brazos de soporte
que están dispuestos en el cojinete de pivote (8) distanciados unos
de otros en un mismo ángulo (120º).
3. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 1, caracterizada porque el dispositivo de
descuelgue (13) comprende al menos una polea de inversión.
4. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
dispositivo de descuelgue (13) comprende un cable de accionamiento
y porque cada brazo de soporte está configurado interiormente hueco
y en el interior del brazo de soporte discurre el cable al hacer
bajar la unidad de rotor o al levantar la unidad de rotor para
conducirla hasta el brazo de soporte.
5. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada por brazos de
soporte compuestos de al menos dos secciones.
6. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque cada
brazo de soporte o cada sección de brazo de soporte presenta
dispositivos de fijación para el dispositivo de descuelgue
(13).
7. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la
longitud de cada brazo de soporte es aproximadamente de 50 m hasta
80 m y el diámetro de un rotor de aproximadamente de 100 m hasta
140 m.
8. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la
unidad de rotor (3) se compone de un rotor con aspas colocadas en
él, como la carcasa de máquinas acoplada con el rotor, que presenta
al menos un generador que está unido con el rotor y que se acciona
por el giro del rotor.
9. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque está
previsto un accionamiento para el giro del soporte (7).
10. Procedimiento para la construcción de una
instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 -
9, caracterizado porque al establecer un soporte (7) se mueve
en primer lugar a aproximadamente una posición de las seis en punto
y luego la unidad de rotor (3) se guía con la ayuda del dispositivo
de descuelgue (13) hasta la punta del soporte y se ancla allí, y
porque se pivota a continuación el soporte (7) a la posición de
funcionamiento prevista para él.
11. Procedimiento para la construcción de una
instalación de energía eólica según la reivindicación 10,
caracterizado por los pasos:
- -
- montaje separable de un peso en una brida del cojinete de pivote (8);
- -
- colocación del cojinete de pivote (8) en la punta de la torre (2);
- -
- posicionamiento del cojinete de pivote (8) en una posición predeterminada;
- -
- cambio del peso dispuesto en la brida del cojinete de pivote (8) por un brazo de soporte y una unidad de rotor (3) mediante el desmontaje del peso y montaje subsiguiente del brazo de soporte y luego montaje subsiguiente de la unidad de rotor (3).
12. Procedimiento para la construcción de una
instalación de energía eólica según la reivindicación 10,
caracterizado por los pasos:
- -
- montaje separable de un primer peso en una brida del cojinete de pivote (8);
- -
- montaje separable de un segundo peso en una brida del brazo de soporte;
- -
- colocación del cojinete de pivote (8) en la punta de la torre (2);
- -
- posicionamiento del cojinete de pivote (8) en una posición predeterminada;
- -
- cambio del primer peso dispuesto en la brida del cojinete de pivote (8) por un brazo de soporte mediante desmontaje del primer peso y montaje subsiguiente del brazo de soporte;
- -
- posicionamiento del cojinete de pivote (8) con el brazo de soporte en una posición predeterminada;
- -
- cambio del segundo peso dispuesto en la brida del brazo de soporte por una unidad de rotor mediante desmontaje del peso y montaje subsiguiente de la unidad de rotor (3).
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