ES2711277T3

ES2711277T3 - Sistema de control climático energéticamente eficiente para una turbina eólica marina

Info

Publication number: ES2711277T3
Application number: ES12006146T
Authority: ES
Inventors: Peri Sabhapathy
Original assignee: Adwen Offshore SL
Current assignee: Adwen Offshore SL
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2019-04-30
Anticipated expiration: 2032-08-30
Also published as: EP2565446A2; EP2565446B1; US20130056989A1; DK2565446T3; EP2565446A3; US8992171B2

Abstract

Un sistema de control climático para una turbina eólica que tiene una góndola (4) y una torre (2), que comprende: una pluralidad de circuitos de refrigeración (10, 20, 30, 40) adaptados para transportar el calor generado por los componentes (12, 22, 32, 42) de la góndola (4) al exterior de la góndola (2), incluyendo los componentes (12, 22, 32, 42) un tren de transmisión (12), un generador (22), un sistema hidráulico (32), un convertidor (42) y un transformador (52), un sistema de flujo de aire que comprende una unidad de tratamiento de aire (60a, 60d) que incluye un intercambiador de calor de líquido a aire (66a, 66d) adaptado para recibir un flujo de salida caliente de refrigerante desde el circuito de refrigeración (10) conectado al tren de transmisión (12) a través de una válvula de control de flujo variable (16), suministrando la unidad de tratamiento de aire (60a, 60d) aire ambiente limpio a la góndola (4) a una humedad relativa especificada, en el que la válvula de control de flujo variable (16) regula el caudal del refrigerante a través del intercambiador de calor (66a, 66d), ajustando así la temperatura del aire que entra en la góndola (4) y, por lo tanto, la cantidad de precalentamiento del aire que entra en la góndola (4) y la humedad relativa, caracterizado por que el sistema comprende además una pared (80) entre el convertidor (42) y el transformador (52), separando así la góndola (4) en una sección que aloja el tren de transmisión (12), el generador (22), el sistema hidráulico (32) y el convertidor (42), y una carcasa de sección que aloja el transformador (52), en el que el sistema de flujo de aire es un primer sistema de flujo de aire para mantener la humedad relativa del aire dentro de la sección de la góndola (4) que aloja el tren de transmisión (12), el generador (22), el sistema hidráulico (32) y el convertidor (42), el sistema comprende además una salida de convertidor (68a) a través de la cual el aire sale de la góndola (4) inmediatamente después de que fluya sobre el convertidor (42); el sistema comprende además un segundo sistema de flujo de aire para mantener la humedad relativa de la sección de la góndola que aloja el transformador (52), comprendiendo el segundo sistema de flujo de aire: una segunda unidad de tratamiento de aire (60b) ubicada debajo del transformador (52) y que incluye un segundo intercambiador de calor de líquido a aire (66b) adaptado para recibir un flujo de salida caliente de refrigerante desde el circuito de refrigeración (40) conectado al convertidor (42) a través de una válvula de control hidráulica adicional (70b), donde la segunda unidad de tratamiento de aire suministra aire ambiente limpio a la sección de transformador de la góndola (4) a una humedad relativa especificada, en el que la válvula de control de flujo hidráulica adicional (70b) regula el caudal del refrigerante a través del segundo intercambiador de calor (66b), ajustando así la temperatura del aire que entra en la sección de transformador de la góndola (4) y, por lo tanto, la cantidad de precalentamiento del aire que entra en la sección de transformador de la góndola (4) y la humedad relativa.

Description

DESCRIPCION

Sistema de control climatico energeticamente eficiente para una turbina eolica marina

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere, en general, a un sistema de control climatico energeticamente eficiente para una turbina eolica marina que esta integrada con el sistema de refrigeracion de componentes.

Tecnica relacionada

Una turbina eolica convierte la energla cinetica del viento en energla electrica a traves de su rotor, tren de transmision, generador electrico y convertidor. Un transformador electrico convierte la salida de bajo voltaje del convertidor en una salida de alto voltaje antes de que la salida se envie a una subestacion en un parque eolico. Una gondola de turbina eolica aloja estos componentes mecanicos y electricos, a saber, el tren de transmision, el generador electrico, el convertidor y el transformador (que en general se encuentra en la gondola para reducir la perdida de potencia debido a la transmision electrica de bajo voltaje). La gondola de turbina eolica tambien aloja los componentes del sistema hidraulico necesarios para el cabeceo de las palas y la desviacion de la gondola.

Estos componentes generan una cantidad significativa de calor mientras la turbina eolica esta funcionando. Para su proteccion y su funcionamiento eficiente, el calor generado por estos componentes debe ser eliminado continuamente. Esto se hace tipicamente haciendo circular un refrigerante, tal como una mezcla de etilenglicol y agua, a traves de los intercambiadores de calor integrados en estos componentes. El refrigerante transporta entonces el calor de estos componentes y lo disipa en el aire ambiente con la ayuda de radiadores refrigerados por aire montados en el exterior de la gondola. El calor generado por el tren de transmision, y el sistema hidraulico, se disipa en el refrigerante a traves de intercambiadores de calor de liquido a liquido en el aceite lubricante y los colectores de fluido hidraulico, respectivamente. De este modo, el sistema de refrigeracion de la turbina eolica ayuda a eliminar el calor generado por los componentes de la gondola.

Ademas de disipar el calor en el refrigerante, los componentes generadores de calor de la turbina eolica tambien disipan una cantidad significativa de calor de sus superficies exteriores en el aire dentro de la gondola. Ademas, componentes tales como el transformador disipan el calor principalmente en el aire circundante. Por lo tanto, el aire dentro de la gondola debe ser reemplazado continuamente por aire mas fresco (un sistema de flujo de aire abierto) o refrigerado y recirculado (un sistema de flujo de aire cerrado).

En una turbina eolica con un sistema de flujo de aire abierto, el aire ambiente mas frio en general entra a traves de una o mas entradas en la parte inferior de la gondola y fluye a traves de la gondola, eliminando asl el calor de las superficies exteriores de los componentes generadores de calor. El aire mas caliente sale al exterior de la gondola a traves de una o mas salidas en la parte superior de la gondola. Los ventiladores, que suelen ubicarse en las entradas o en las salidas, y otros dispositivos de control de flujo de aire, como las palas, ayudan a regular el flujo de aire a traves de la gondola y, por lo tanto, eliminan el calor de las superficies exteriores de los componentes generadores de calor.

En una turbina con un sistema de flujo de aire cerrado, el aire mas caliente de la gondola se transporta al exterior de la gondola o a la parte inferior de la torre y se enfria a traves de un intercambiador de calor de aire a aire o a traves de un enfriador, y el aire mas frio se hace circular de nuevo a traves de la gondola. Los ventiladores o sopladores y otros dispositivos de control de flujo ayudan a hacer circular el flujo de aire a traves de la gondola. Por lo tanto, el sistema de control climatico de la turbina eolica ayuda a enfriar los componentes generadores de calor de la turbina desde el exterior. Un sistema de flujo de aire abierto es tipicamente mas economico y mas facil de usar que un sistema de flujo de aire cerrado.

El documento EP2163761 divulga un sistema de control climatico para una gondola de turbina eolica que comprende multiples circuitos de refrigeracion para llevar el calor generado por los componentes de la gondola al exterior. El documento WO2008092449 divulga un sistema de control climatico que funciona como medio deshumidificador para separar y eliminar la humedad del aire en componentes de turbinas eolicas.

SUMARIO DE LA INVENCION

La humedad relativa del aire ambiente suele ser muy alta en un entorno marino. Esto puede plantear un problema importante para una turbina eolica marina refrigerada con un sistema de flujo de aire abierto ya que la tasa de corrosion de los equipos aumenta exponencialmente con un aumento de la humedad relativa del aire dentro de la turbina. Esa es la razon por la que la Comision Electrotecnica Internacional (IEC), que es el organismo internacional que establece las normas para las turbinas eolicas en todo el mundo, recomienda que la humedad relativa del aire dentro de una turbina eolica marina sea inferior al 70 %. La IEC tambien sugiere que este requisito para la humedad relativa del aire dentro de la turbina eolica podria cumplirse manteniendo el aire dentro de la turbina a una temperatura aproximadamente 5 °C mas alta que la temperatura del aire ambiente.

La presente invencion proporciona un sistema de control climatico energeticamente eficiente para una turbina eolica marina que esta integrada con el sistema de refrigeracion de componentes. Es un sistema de flujo de aire abierto y utiliza el calor residual del sistema de refrigeracion de componentes para calentar y, por lo tanto, disminuir la humedad relativa del aire que entra en la gondola. Esto no solo puede ayudar a cumplir con los requisitos de humedad relativa del aire dentro de la gondola segun las normas de la IEC, sino que tambien puede ayudar a reducir el tamano de los radiadores refrigerados por aire que disipan el calor del refrigerante en el aire ambiente.

En la presente invencion, mientras la turbina eolica esta funcionando, sus componentes principales, a saber, el tren de transmision, el generador, el convertidor y el transformador, generan una cantidad significativa de calor. Este calor se elimina y se disipa en el aire ambiente, especialmente en turbinas eolicas grandes, tanto por la circulacion de un refrigerante como una mezcla de etilenglicol y agua a traves de los componentes como por el flujo de aire sobre estos componentes. La presente invencion en un modo de realizacion proporciona, para una turbina eolica marina, un sistema de control climatico energeticamente eficiente que esta integrado con el sistema de refrigeracion de componentes. El sistema de control climatico es un sistema de flujo de aire abierto con suficiente flujo de aire a traves de la gondola para eliminar el calor disipado de las superficies exteriores de los componentes generadores de calor. El sistema tambien utiliza el calor transportado por el refrigerante desde uno o mas de estos componentes para calentar el aire antes de que el aire entre en la turbina.

Esto garantiza que la humedad relativa del aire en toda la gondola sea baja, lo cual minimiza significativamente la tasa de corrosion de los equipos dentro de la gondola. Esto tambien puede reducir el tamano del radiador de ese circuito de refrigeracion particular que disipa el calor del refrigerante en el aire ambiente, ya que parte del calor del refrigerante se usa para precalentar el aire que entre en la turbina. Por lo tanto, el sistema de control climatico de turbina eolica de acuerdo con un modo de realizacion de la presente invencion puede funcionar de una manera mas energeticamente eficiente, al tiempo que minimiza significativamente la tasa de corrosion de los equipos.

La presente invencion de acuerdo con un modo de realizacion proporciona un sistema de control climatico para una turbina eolica que tiene una gondola. El sistema de control climatico incluye un circuito de refrigeracion adaptado para transportar el calor generado por un componente de la gondola al exterior de la gondola. El sistema de control climatico tambien incluye un sistema de flujo de aire adaptado para recibir un flujo de salida caliente de refrigerante desde el circuito de refrigeracion, a traves de una valvula de control de flujo variable, donde el sistema de flujo de aire suministra aire ambiente limpio a la gondola a una humedad relativa predeterminada. La valvula de control de flujo variable regula el caudal del refrigerante a traves del sistema de flujo de aire para ajustar la humedad relativa del aire que entra en la gondola.

La presente invencion de acuerdo con otro modo de realizacion proporciona un procedimiento de control climatico para una turbina eolica que tiene una gondola. El procedimiento incluye las etapas de: recibir un flujo de salida caliente de refrigerante desde un circuito de refrigeracion de un componente de la gondola; suministrar aire ambiente limpio a la gondola a una humedad relativa predeterminada; y regular el caudal del refrigerante para ajustarlo a la humedad relativa predeterminada.

La presente invencion de acuerdo con un modo de realizacion proporciona un procedimiento de control climatico para una turbina eolica que tiene una gondola. El procedimiento incluye las etapas de: eliminar el calor residual de los componentes de la gondola y disipar el calor residual en el aire ambiente haciendo circular un refrigerante a traves de los componentes y mediante el flujo de aire sobre los componentes; y utilizar el calor residual para calentar y, por lo tanto, disminuir la humedad relativa del aire que entra en la gondola.

La presente invencion de acuerdo con otro modo de realizacion proporciona un sistema de control climatico para una turbina eolica que tiene una gondola. El sistema de control climatico incluye una pluralidad de circuitos de refrigeracion adaptados para transportar el calor generado por los componentes de la gondola al exterior de la gondola. El sistema de control climatico tambien incluye un sistema de flujo de aire que comprende una unidad de tratamiento de aire que incluye un intercambiador de calor de liquido a aire adaptado para recibir un flujo de salida caliente de refrigerante desde el circuito de refrigerante conectado al tren de transmision a traves de una valvula de control de flujo variable, donde la unidad de tratamiento de aire suministra aire ambiente limpio a la gondola a una humedad relativa especificada. La valvula de control de flujo variable regula el caudal del refrigerante a traves del intercambiador de calor, ajustando asl la temperatura del aire que entra en la gondola y, por lo tanto, la cantidad de precalentamiento del aire que entra en la gondola y la humedad relativa.

La presente invencion de acuerdo con otro modo de realizacion proporciona un sistema de control climatico para una turbina eolica que tiene una gondola y una torre. Una pluralidad de circuitos de refrigeracion esta adaptada para transportar el calor generado por los componentes de la gondola al exterior de la gondola. Un primer conducto esta unido a la torre, y un segundo conducto es coaxial con el primer conducto y esta unido a la gondola. Una interfaz tiene un cojinete cilindrico y esta ubicada entre los conductos, estando adaptada la interfaz para permitir que el segundo conducto gire libremente alrededor del primer conducto, donde los ejes de los conductos coinciden con el eje de desviacion de la gondola. El sistema de control climatico tambien incluye un sistema de flujo de aire que comprende una unidad de tratamiento de aire y un intercambiador de calor de liquido a aire. La unidad de tratamiento de aire esta ubicada en una parte inferior de la torre y esta adaptada para recibir aire ambiente y suministrar el aire ambiente a traves del primer conducto y el segundo conducto al intercambiador de calor de liquido a aire. En el intercambiador de calor, el aire es precalentado por el flujo de refrigerante caliente del circuito de refrigeracion conectado al tren de transmision a traves de una valvula de control hidraulica, donde el intercambiador de calor suministra aire ambiente limpio a la gondola a una humedad relativa especificada. La valvula de control hidraulico regula el caudal del refrigerante a traves del intercambiador de calor, ajustando asl la temperatura del aire que entra en la gondola y, por lo tanto, la cantidad de precalentamiento del aire que entra en la gondola y la humedad relativa.

Otras caracterlsticas y ventajas de la presente invencion, asl como la estructura y el funcionamiento de varios modos de realizacion de la presente invencion, se describen en detalle a continuacion con referencia a los dibujos adjuntos.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Las caracterlsticas y ventajas de la presente invencion se entenderan mas facilmente a partir de una descripcion detallada de los modos de realizacion a modo de ejemplo tomados junto con las siguientes figuras:

La Fig. 1 muestra un esquema del sistema de control climatico de una turbina eolica marina junto con el sistema de refrigeracion que no es parte de la presente invencion.

La Fig. 2 muestra un esquema de una segundo modo de realizacion de un sistema de control climatico de acuerdo con la presente invencion.

La Fig. 3 muestra un esquema de una tercer modo de realizacion de un sistema de control climatico que no es parte de la presente invencion.

La Fig. 4 muestra un esquema de un cuarto modo de realizacion de un sistema de control climatico que no es parte de la presente invencion.

La Fig. 5 muestra un sistema de flujo de aire complementario que no es parte de la presente invencion.

La invencion se describira a continuacion en relacion con ciertos modos de realizacion a modo de ejemplo; sin embargo, debe quedar claro para los expertos en la materia que pueden realizarse diversas modificaciones, adiciones y omisiones sin apartarse del alcance de las reivindicaciones.

DESCRIPCION DETALLADA DE MODOS DE REALIZACION PREFERENTES

El sistema de control climatico para una turbina eolica marina de acuerdo con la presente invencion cumple principalmente dos funciones. La primera es mantener la temperatura del aire dentro de la turbina eolica por debajo de un limite especifico y asi ayudar a minimizar los fallos termicos de los componentes de la turbina. La segunda es mantener la humedad relativa del aire dentro de la turbina por debajo de un valor especifico (por ejemplo, el 70 % segun las normas IEC) y asi ayudar a minimizar la tasa de corrosion de los componentes de la turbina.

Como se indico anteriormente, mientras una turbina eolica esta funcionando, las superficies exteriores de una pluralidad de componentes de turbina eolica dentro de la gondola disipan una cantidad significativa de calor en el aire circundante dentro de la gondola. La gondola esta compuesta tipicamente por fibra de vidrio y, por lo tanto, la perdida de calor desde las paredes exteriores de la gondola al aire ambiente es baja. Por lo tanto, para una turbina eolica marina refrigerada con un sistema de flujo de aire abierto, el requisito de la humedad relativa del aire dentro de la gondola se puede cumplir tipicamente al garantizar que el aire que entra en la gondola sea al menos 5 °C mas calido que el aire ambiente. A medida que el aire fluye a traves de la gondola, debido a la disipacion de calor de varios componentes dentro de la gondola, la temperatura del aire aumenta continuamente y, por lo tanto, su humedad relativa disminuye. El aire mas caliente finalmente sale de la gondola a traves de una o mas salidas de la gondola.

La Fig. 1 muestra un esquema del sistema de control climatico de una turbina eolica marina junto con el sistema de refrigeracion que no es parte de la presente invencion. La turbina eolica marina consta de una torre 2, una gondola 4 y un rotor 6 con palas 8. En la configuracion mostrada en la Fig. 1, el sistema de refrigeracion comprende circuitos de refrigeracion 10, 20, 30 y 40 que transportan el calor generado por el tren de transmision 12, el generador 22, el sistema hidraulico 32 y el convertidor 42, respectivamente, al exterior de la gondola, y disipan el calor en el aire ambiente a traves de radiadores refrigerados con aire 14, 24, 34 y 44, respectivamente. Bombas 16, 26, 36 y 46 hacen circular el refrigerante en los circuitos de refrigeracion 10, 20, 30 y 40, respectivamente.

El sistema de control climatico tiene una unidad de tratamiento de aire 60 en la parte inferior delantera de la gondola que ayuda a suministrar aire ambiental limpio a la gondola 4 a una humedad relativa que puede estar muy por debajo del 70 %. Esto se logra mediante los componentes de la unidad de tratamiento de aire 60, a saber, la entrada de aire 61, el filtro de aire 62, el ventilador 64 y el intercambiador de calor de liquido a aire 66. El intercambiador de calor 66 esta conectado al flujo de salida caliente de refrigerante del tren de transmision 12 en el circuito de refrigeracion de tren de transmision 10 por medio de la valvula de control de flujo variable 70 a traves de los tubos de flujo de refrigerante 72 y 74. La valvula 70 controla el caudal de refrigerante a traves del intercambiador de calor 66 y, por lo tanto, la cantidad de precalentamiento del aire que entra en la gondola 4. Por lo tanto, el sistema de control climatico esta conectado al sistema de refrigeracion a traves del intercambiador de calor 66. Aunque la entrada de aire 61 en la unidad de tratamiento de aire 60 se muestra apuntando hacia abajo de la gondola 4 en la Fig. 1, la entrada de aire 61 tambien puede dirigirse hacia el viento para aprovechar la presion dinamica del viento.

Cuando la turbina esta en funcionamiento, el sistema de control climatico funciona de la siguiente manera. La presion dinamica del viento y el ventilador 64 hacen pasar el aire ambiente a traves de la entrada de aire 61. El filtro 62 ayuda a eliminar las gotas de agua en el aire, el polvo y las particulas de sal. El refrigerante que fluye a traves del intercambiador de calor de liquido a aire 66 precalienta el aire limpio que sale del filtro 62 antes de que el aire entre en la gondola 4. Regulando el flujo de refrigerante a traves del intercambiador de calor 66 puede ajustarse la temperatura del aire que entra en la gondola 4 y, por lo tanto, la humedad relativa del aire que entra en la gondola 4. Si el aire ambiente tiene una humedad relativa alta, el caudal de refrigerante a traves del intercambiador de calor 66 se ajustara para que sea alto de modo que el aire que entra en la gondola 4 tenga una humedad relativa baja. Si el aire ambiente tiene una humedad relativa baja, se permitira que el caudal de refrigerante a traves del intercambiador de calor 66 sea bajo.

Una vez dentro de la gondola 4, el aire fluye sobre el tren de transmision 12, el generador 22, los componentes del sistema hidraulico 32, el convertidor 42 y el transformador 52, y de ese modo se elimina el calor de las superficies exteriores de estos componentes. Finalmente, el aire caliente sale de la gondola 4 a traves de la salida 68. El flujo de aire y su distribucion dentro de la gondola 4 pueden ajustarse mediante dispositivos de distribucion de flujo adicionales y ventiladores (no mostrados) dentro de la gondola 4. La gondola 4 esta compuesta tipicamente por fibra de vidrio y esta bien sellada. Dado que la perdida de calor desde las superficies exteriores de la gondola 4 al aire ambiente y al entorno es bastante baja, y el calor se agrega continuamente al aire dentro de la gondola 4, la temperatura del aire aumenta continuamente a medida que el aire fluye desde la entrada 61 a la salida 68. Como resultado, la humedad relativa del aire dentro de la gondola 4 esta por debajo de la humedad relativa del aire que entra en la gondola 4 y, por lo tanto, el sistema de control climatico ayuda a minimizar la tasa de corrosion de los componentes dentro de la gondola 4. Una ventaja adicional de utilizar el calor residual del circuito de refrigeracion de tren de transmision 10 para calentar el aire que entra en la turbina es que puede reducir el tamano del radiador 14, aunque sea ligeramente.

En la configuracion del sistema de control climatico y de refrigeracion que se muestra en la Fig. 1, en condiciones normales de funcionamiento de la turbina, no hay mucho flujo de aire dentro o fuera de la torre 2, y por lo tanto esta estancado. Por lo tanto, la humedad relativa del aire dentro de la torre 2 se puede mantener baja facilmente mediante el uso de un deshumidificador pequeno 100 disponible en el mercado. Este deshumidificador esta encendido solamente cuando la humedad relativa del aire dentro de la torre aumenta por encima del limite especificado.

La Fig. 2 muestra un esquema de un segundo modo de realizacion del sistema de control climatico de acuerdo con la presente invencion, que tiene dos sistemas de flujo de aire a traves de la gondola 4. En este caso, una pared 80 entre el convertidor 42 y el transformador 52 separa la gondola 4 en dos secciones. El primer sistema de flujo de aire comprende una unidad de tratamiento de aire 60a con sus componentes, a saber, la entrada de aire 61a, el filtro 62a, el ventilador 64a, el intercambiador de calor de liquido a aire 66a y la salida de aire 68a. Este sistema de flujo de aire es similar al descrito anteriormente en la Fig. 1, excepto que el aire sale de la gondola 4 a traves de la salida 68a inmediatamente despues de que fluya sobre el convertidor 42. El intercambiador de calor 66a esta conectado al flujo de salida de refrigerante del tren de transmision por medio de la valvula de control de flujo 70a en el circuito de refrigeracion 10 a traves de los tubos 72a y 74a.

Como se analizo anteriormente, la humedad relativa del aire que entra en la gondola a traves de la unidad de tratamiento de aire 60a puede disminuirse regulando el flujo de refrigerante a traves del intercambiador de calor 66a. Por lo tanto, el primer sistema de flujo de aire ayuda a mantener la humedad relativa del aire dentro de la seccion de la gondola 4 que aloja el tren de transmision 12, el generador 22, el sistema hidraulico 32 y el convertidor 42. El segundo sistema de flujo de aire comprende la unidad de tratamiento de aire 60b ubicada debajo del transformador 52. La unidad 60b consiste a su vez en la entrada de aire 61b, el filtro 62b, el ventilador 64b y el intercambiador de calor de liquido a aire 66b. La salida de aire 68b esta en la parte superior trasera de la gondola, sobre el transformador. El intercambiador de calor de liquido a aire 66b esta conectado al flujo de salida de refrigerante caliente del convertidor 42 a traves de los tubos 72b y 74b por medio de la valvula de control hidraulico 70b. La valvula 70b regula el flujo de refrigerante a traves del intercambiador de calor 66b y, por lo tanto, garantiza que la humedad relativa del aire que entra en la seccion del transformador este por debajo del limite permitido. A medida que el aire fluye sobre el transformador, elimina el calor de las superficies exteriores del transformador 52. El aire caliente finalmente sale de la seccion del transformador de la gondola 4 a traves de la salida 68b. Por lo tanto, el segundo sistema de flujo de aire ayuda a mantener la temperatura y la humedad relativa del aire en la seccion de transformador 52 de la gondola 4. Como se analizo anteriormente, la humedad relativa del aire mayormente estancado dentro de la torre 2 puede controlarse facilmente usando un pequeno deshumidificador 100 disponible en el mercado.

La Fig. 3 muestra un esquema de un tercer modo de realizacion que no es parte de la presente invencion del sistema de control climatico con dos sistemas de flujo de aire a traves de la turbina. Como en el segundo modo de realizacion, una pared 80 entre el convertidor 42 y el transformador 52 separa la gondola 4 en dos secciones. En esta configuracion, una unidad de tratamiento de aire 60c esta ubicada debajo del convertidor 42 y el transformador 52. La unidad de tratamiento de aire 60c junto con sus componentes, a saber, la entrada de aire 61c, el filtro 62c, el ventilador 64c y el intercambiador de calor de liquido a aire 66c suministran aire limpio y de baja humedad relativa a ambos sistemas de flujo de aire. El intercambiador de calor 66c esta conectado al flujo de salida de refrigerante caliente del convertidor 42 por medio de la valvula hidraulica 70b a traves de los tubos 72b y 74b. Como se analizo anteriormente, el flujo de refrigerante caliente a traves del intercambiador de calor 66c puede garantizar que la humedad relativa del aire que entra en la turbina este por debajo del limite permitido.

Como en la Fig. 2, en el segundo sistema de flujo de aire, el aire caliente de la seccion de transformador 52 sale a traves de la salida 68b en la parte superior trasera de la gondola, por encima del area de transformador. En el primer sistema de flujo de aire, el aire fluye sobre los componentes principales de generacion de calor restantes de la turbina, a saber, el convertidor 42, los componentes del sistema hidraulico 32, el generador 22 y el tren de transmision 12. El aire mas caliente fluye despues hacia abajo de la torre 2 y sale a traves de la salida 68c en la parte inferior de la torre. Una ventaja importante de esta configuracion de flujo de aire es que el aire caliente que fluye hacia abajo por la torre 2 mantiene la humedad relativa del aire dentro de la torre 2 por debajo del limite aceptable mientras la turbina esta en funcionamiento. No se necesita ningun deshumidificador adicional en el area de la torre. Por lo tanto, el primer sistema de flujo de aire ayuda a mantener la humedad relativa del aire dentro de la seccion de la gondola 4 que aloja el tren de transmision 12, el generador 22, el sistema hidraulico 32, el convertidor 42 y el aire dentro de la torre 2. El segundo sistema de flujo de aire ayuda a mantener la temperatura y la humedad relativa del aire en el area de transformador de la gondola 4.

La Fig. 4 muestra un esquema de un cuarto modo de realizacion del sistema de control climatico que no es parte de la presente invencion. Este modo de realizacion es similar al primer modo de realizacion, excepto que la unidad de tratamiento de aire 60d esta en la parte inferior de la torre 2. El aire ambiente entra en la unidad de tratamiento de aire 60d a traves de la entrada 61d. El filtro de aire 62d elimina las gotas de agua, las particulas de sal y el polvo. El aire limpio entra entonces en la torre a traves de la entrada 90. El ventilador 64d ayuda a hacer pasar el flujo de aire a traves del conducto 92 hasta la gondola inferior 4. Despues, el aire fluye a traves del conducto 94 que es coaxial con el conducto 92. El inserto en la Fig. 4 muestra los detalles de la interfaz entre el conducto 94 y el conducto 92 (por supuesto, esto es solo un ejemplo de la interfaz, y la presente invencion no se limita a los detalles mostrados). Los ejes del conducto 94 y el conducto 92 coinciden con el eje de desviacion de la gondola. El conducto 92 y el conducto 94 estan unidos a la torre 2 y a la gondola 4, respectivamente. A medida que la gondola se desvia para dirigir las palas hacia la direccion del viento, el conducto 94 gira libremente alrededor del conducto 92 con la ayuda del cojinete cilindrico 96.

Desde el conducto 94, el aire fluye a traves de un intercambiador de calor de liquido a aire 66d donde es precalentado por el flujo de refrigerante caliente del circuito de refrigeracion de tren de transmision 10. El intercambiador de calor 66d esta conectado al flujo de salida caliente del refrigerante del tren de transmision 12 en el circuito de refrigeracion de tren de transmision 10 por medio de la valvula de control hidraulica 70 a traves de los tubos de flujo de refrigerante 72 y 74. La valvula 70 controla el caudal de refrigerante a traves del intercambiador de calor 66d. Como antes, la valvula 70 controla el caudal de refrigerante a traves del intercambiador de calor 66d y, por lo tanto, la cantidad de precalentamiento y, de ese modo, la humedad relativa del aire que sale del intercambiador de calor 66d. Despues, el aire fluye a traves de la gondola 4, eliminando asl el calor disipado por las superficies exteriores del tren de transmision 12, el generador 22, el sistema hidraulico 32, el convertidor 42 y el transformador 52. El aire caliente sale finalmente de la gondola 4 a traves de la salida 68 en la parte superior trasera de la gondola. El flujo de aire y su distribucion dentro de la gondola 4 pueden ajustarse mediante dispositivos de distribucion de flujo adicionales y ventiladores (no mostrados) dentro de la gondola 4.

Es importante asegurarse de que la humedad relativa del aire dentro de la turbina eolica marina este siempre por debajo del limite especificado para minimizar la tasa de corrosion de los componentes incluso cuando la turbina no este funcionando. Cuando la turbina se apaga, no hay calor residual disponible en los componentes generadores de potencia. Como resultado, el aire dentro de la turbina puede enfriarse si la temperatura del aire ambiente disminuye, especialmente durante las noches frias. Por lo tanto, la humedad relativa del aire dentro de la turbina puede aumentar y, por lo tanto, aumentar la tasa de corrosion de los equipos. Un sistema de flujo de aire complementario, un modo de realizacion del cual se muestra en la Fig. 5, que no es parte de la invencion, se puede usar para reducir la humedad relativa del aire dentro de la turbina y asl ayudar a disminuir la tasa de corrosion de los equipos durante el apagado de la turbina. El sistema de flujo de aire complementario se muestra en la Fig. 5 junto con el sistema de control climatico mostrado en la Fig. 1. Como se indico anteriormente, la humedad relativa del aire mayormente estancado dentro de la torre 2 puede controlarse facilmente usando un pequeno deshumidificador 100 disponible en el mercado.

Dado que la turbina esta en modo de apagado, la unidad de tratamiento de aire 60, y, en particular, la entrada de aire 61, esta cerrada y, por lo tanto, no entra aire en la gondola 4 a traves de esta entrada 61. El sistema de flujo de aire complementario comprende una unidad de tratamiento de aire 200 que incluye la entrada de aire 201, el filtro de aire 202, el ventilador 204, el calentador complementario 206 en la parte inferior de la torre 2 y la salida de aire 68 en la parte superior trasera de la gondola. El aire limpio a la humedad relativa especificada entra en la turbina en la parte inferior de la torre a traves de la entrada 210. Al igual que en las configuraciones de flujo de aire anteriores, las gotas de agua en el aire y las particulas de sal se eliminan, y el aire limpio es calentado por el calentador auxiliar 206 para disminuir la humedad relativa del aire antes de que el aire entre en la turbina en la parte inferior de la torre. La energla termica del calentador auxiliar podria provenir de una fuente de energla electrica o de otros medios, por ejemplo, quemando un combustible fosil. Despues, el aire fluye hacia arriba de la torre 2, a traves de la gondola 4, y sale a traves de la salida de aire 68. Por lo tanto, el sistema de flujo de aire complementario puede garantizar que la humedad relativa del aire dentro de la torre y la gondola 4 este por debajo del valor especificado cuando la turbina este en modo de apagado.

Otra opcion para mantener la humedad relativa del aire tanto dentro de la gondola 4 como en el interior de la torre 2, cuando se apaga la turbina, es usar un deshumidificador disponible en el mercado. Este deshumidificador disponible en el mercado fue parte de los modos de realizacion propuestos del sistema de control climatico mostrado en las Fig. 1, 2 y 4, y sirve para mantener la humedad relativa del aire en la seccion de la torre. En este caso, las entradas y salidas de aire de la turbina estan cerradas y el aire de la gondola 4 circula a traves de la seccion de la torre, de modo que su humedad relativa puede ser reducida mediante el deshumidificador.

Se observa que el control climatico de la turbina y los sistemas de flujo de refrigerante que se muestran en las Fig. 1 a 5 son solo ejemplos para ilustrar la idea detras de la invencion de utilizar el calor residual para cumplir con los requisitos de flujo de aire y de humedad relativa del aire de la turbina y asl minimizar la tasa de corrosion de los equipos. La presente invencion, por supuesto, no se limita a esto, y existen muchas otras posibilidades de combinar el flujo de aire y las configuraciones de flujo de refrigerante para lograr los objetivos deseados de eliminar el calor de los componentes de la turbina que disipan el calor y mantener la temperatura y la humedad relativa del aire dentro de la turbina por debajo de los valores especificados. Entre las posibilidades adicionales se incluyen, pero no estan limitadas a, combinar uno o mas de los circuitos de refrigeracion de la Fig. 1-4 (por ejemplo, combinar los circuitos de refrigeracion 10 y 20) o tener mas entradas y salidas de aire, o calentar el aire de entrada con el refrigerante caliente de un circuito de refrigeracion diferente (por ejemplo, el aire de entrada puede ser calentado por el refrigerante del circuito de refrigeracion de generador 20 en lugar del circuito de refrigeracion de tren de transmision 10 como se muestra en la Fig. 1). Tambien se puede instalar un calentador de agua electrico a lo largo del tubo de entrada 72 en la Fig. 1 para ayudar a precalentar el aire que entra en la gondola 4 cuando el flujo de salida de refrigerante del tren de transmision 12 no esta lo suficientemente caliente. Esto podria suceder justo despues de un arranque en frio de la turbina.

Si bien el sistema de refrigeracion de turbina eolica y de control climatico de la presente invencion se ha descrito en el presente documento orientado a una instalacion marina, tambien se puede utilizar en una instalacion en tierra. En una instalacion de turbina en tierra, la humedad relativa del aire ambiente suele ser baja. Por lo tanto, la corrosion de los componentes debido a la humedad no suele ser un problema cuando se usa un sistema de flujo de aire abierto para eliminar el calor de las superficies exteriores de los componentes dentro de la turbina. Sin embargo, si la turbina esta ubicada en tierra pero, por ejemplo, cerca del mar (o de una gran masa de agua, como un gran lago), la humedad relativa del aire ambiente puede ser alta, y la corrosion debida a la humedad tiende a convertirse en un problema cuando se utiliza un sistema de flujo de aire abierto para enfriar las superficies exteriores de los componentes dentro de la turbina. El sistema de control climatico de la presente invencion puede usarse en estas turbinas. En una instalacion marina, la humedad relativa del aire ambiente suele ser alta. Ademas, la concentracion de sal en el aire tambien es tipicamente alta. Por lo tanto, la corrosion debida a la humedad puede ser un problema importante cuando se utiliza un flujo de aire abierto para refrigerar las superficies exteriores de los componentes dentro de la turbina. Por lo tanto, existe la necesidad de reducir la humedad relativa del aire que entra en la turbina.

Aunque diversos modos de realizacion de la presente invencion se han descrito anteriormente, debe entenderse que se han presentado a modo de ejemplo y no de limitacion. Por lo tanto, la presente invencion no debe limitarse mediante ningun modo de realizacion a modo de ejemplo descrito anteriormente, sino que debe definirse unicamente de acuerdo con las siguientes reivindicaciones.

Ademas, debe entenderse que las figuras ilustradas en los anexos, que resaltan la funcionalidad y las ventajas de la presente invencion, se presentan solo a modo de ejemplo. La arquitectura de la presente invencion es suficientemente flexible y configurable, de manera que puede ser utilizada (y aplicada) de formas distintas a la mostrada en las figuras adjuntas.

Ademas, el proposito del resumen anterior es permitir que la Oficina de Patentes y Marcas de los EE. UU. y el publico en general, y especialmente los cientificos, ingenieros y expertos en la tecnica que no esten familiarizados con los terminos o la fraseologla de patentes o de caracter legal, puedan determinar rapidamente, a partir de una inspeccion superficial, la naturaleza y esencia de la divulgacion tecnica de la aplicacion. El resumen no pretende ser limitativo de ninguna manera en lo que respecta al alcance de la presente invencion. Tambien debe entenderse que las etapas y procesos citados en las reivindicaciones no necesitan realizarse en el orden presentado.

Habiendo descrito la invencion, lo que se reivindica como nuevo y asegurado por el documento de patente es:

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de control climatico para una turbina eolica que tiene una gondola (4) y una torre (2), que comprende:

una pluralidad de circuitos de refrigeracion (10, 20, 30, 40) adaptados para transportar el calor generado por los componentes (12, 22, 32, 42) de la gondola (4) al exterior de la gondola (2), incluyendo los componentes (12, 22, 32, 42) un tren de transmision (12), un generador (22), un sistema hidraulico (32), un convertidor (42) y un transformador (52),

un sistema de flujo de aire que comprende una unidad de tratamiento de aire (60a, 60d) que incluye un intercambiador de calor de liquido a aire (66a, 66d) adaptado para recibir un flujo de salida caliente de refrigerante desde el circuito de refrigeracion (10) conectado al tren de transmision (12) a traves de una valvula de control de flujo variable (16), suministrando la unidad de tratamiento de aire (60a, 60d) aire ambiente limpio a la gondola (4) a una humedad relativa especificada,

en el que la valvula de control de flujo variable (16) regula el caudal del refrigerante a traves del intercambiador de calor (66a, 66d), ajustando asl la temperatura del aire que entra en la gondola (4) y, por lo tanto, la cantidad de precalentamiento del aire que entra en la gondola (4) y la humedad relativa, caracterizado por que

el sistema comprende ademas una pared (80) entre el convertidor (42) y el transformador (52), separando asl la gondola (4) en una seccion que aloja el tren de transmision (12), el generador (22), el sistema hidraulico (32) y el convertidor (42), y una carcasa de seccion que aloja el transformador (52),

en el que el sistema de flujo de aire es un primer sistema de flujo de aire para mantener la humedad relativa del aire dentro de la seccion de la gondola (4) que aloja el tren de transmision (12), el generador (22), el sistema hidraulico (32) y el convertidor (42),

el sistema comprende ademas una salida de convertidor (68a) a traves de la cual el aire sale de la gondola (4) inmediatamente despues de que fluya sobre el convertidor (42);

el sistema comprende ademas un segundo sistema de flujo de aire para mantener la humedad relativa de la seccion de la gondola que aloja el transformador (52), comprendiendo el segundo sistema de flujo de aire:

una segunda unidad de tratamiento de aire (60b) ubicada debajo del transformador (52) y que incluye un segundo intercambiador de calor de liquido a aire (66b) adaptado para recibir un flujo de salida caliente de refrigerante desde el circuito de refrigeracion (40) conectado al convertidor (42) a traves de una valvula de control hidraulica adicional (70b), donde la segunda unidad de tratamiento de aire suministra aire ambiente limpio a la seccion de transformador de la gondola (4) a una humedad relativa especificada,

en el que la valvula de control de flujo hidraulica adicional (70b) regula el caudal del refrigerante a traves del segundo intercambiador de calor (66b), ajustando asl la temperatura del aire que entra en la seccion de transformador de la gondola (4) y, por lo tanto, la cantidad de precalentamiento del aire que entra en la seccion de transformador de la gondola (4) y la humedad relativa.

2. El sistema segun la reivindicacion 1, en el que la pluralidad de circuitos de refrigeracion (10, 20, 30, 40) disipa el calor en el aire ambiente a traves de una pluralidad de radiadores respectivos refrigerados con aire (14, 24, 34, 44).

3. El sistema segun la reivindicacion 1, que comprende ademas una pluralidad de bombas (16, 26, 36, 46) adaptadas para hacer circular refrigerante en la pluralidad de circuitos de refrigeracion (10, 20, 30, 40), respectivamente.

4. El sistema segun la reivindicacion 1, en el que la unidad de tratamiento de aire comprende ademas:

una entrada de aire (61a);

un filtro de aire (62a, 62d) adaptado para eliminar las gotas de agua en el aire, el polvo y las particulas de sal del aire ambiente que se hace pasar a traves de la entrada de aire (61a); y

un ventilador (64a, 64d),

en el que

el aire ambiente se hace pasar a traves de la entrada de aire (61a) mediante la presion del viento y el ventilador (64a, 64d) y despues se suministra al intercambiador de calor (66a, 66d), y

el refrigerante que fluye a traves del intercambiador de calor (66a, 66d) precalienta el aire limpio procedente del filtro (62a, 62d) antes de que el aire entre en la gondola (4).

5. El sistema segun la reivindicacion 1, en el que el aire suministrado a la gondola (4) desde la unidad de tratamiento de aire (60a, 60d) fluye sobre los componentes (10, 20, 30, 40) de la gondola (4), eliminando asl el calor de las superficies exteriores de los componentes (10, 20, 30, 40) antes de salir de la gondola (4) a traves de una salida (68a).

6. El sistema segun la reivindicacion 1, que comprende ademas un deshumidificador (100) adaptado para mantener la humedad relativa del aire dentro de la torre (2) de la turbina eolica, en el que el deshumidificador (100) se controla para que funcione solamente cuando la humedad relativa del aire dentro de la torre (2) aumenta por encima de un limite especificado.

7. El sistema segun la reivindicacion 1, en el que la segunda unidad de tratamiento de aire comprende:

una segunda entrada de aire (61b);

un segundo filtro de aire (62b) adaptado para eliminar las gotas de agua en el aire, el polvo y las particulas de sal del aire ambiente que se hace pasar a traves de la segunda entrada de aire (61b); y un segundo ventilador (64b), en el que

el aire ambiente se hace pasar a traves de la segunda entrada de aire (61b) mediante la presion del viento y el segundo ventilador (64b) y hacia el segundo intercambiador de calor (66b), y

el refrigerante que fluye a traves del segundo intercambiador de calor (66b) precalienta el aire limpio procedente del filtro antes de que el aire entre en la seccion de la gondola (4) que aloja el transformador (52).

8. El sistema segun la reivindicacion 7, en el que el aire suministrado a la seccion de transformador de la gondola (4) desde la segunda unidad de tratamiento de aire (60b) fluye sobre el transformador (52), eliminando asl el calor de las superficies exteriores del transformador (52) antes de salir de la gondola (4) a traves de una segunda salida (58b).

9. El sistema de control climatico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende ademas:

un primer conducto (92) unido a la torre (2);

un segundo conducto (94) coaxial con el primer conducto (94) y unido a la gondola (4);

una interfaz que tiene un cojinete cilindrico (96) y ubicada entre los conductos (92, 94), estando adaptada la interfaz (96) para permitir que el segundo conducto (94) gire libremente alrededor del primer conducto (92), donde los ejes de los conductos (92, 94) coinciden con el eje de desviacion de la gondola;

en el que la unidad de tratamiento de aire (60d) esta ubicada en una parte inferior de la torre (2) y esta adaptada para recibir aire ambiente y suministrar el aire ambiente a traves del primer conducto (92) y el segundo conducto (94) al intercambiador de calor de liquido a aire (66d),

en el que en el intercambiador de calor (66d), el aire es precalentado por el flujo de refrigerante caliente del circuito de refrigeracion (10) conectado al tren de transmision (12) a traves de la valvula de control hidraulica (16), suministrando el intercambiador de calor (66d) aire ambiente limpio a la gondola (4) a una humedad relativa especificada.

10. El sistema segun la reivindicacion 1, que comprende ademas un deshumidificador (100) adaptado para mantener la humedad relativa del aire dentro de la gondola (4) y la torre (2) de la turbina eolica cuando la turbina esta apagada, en el que las entradas y salidas de la turbina estan cerradas y el aire de la gondola (4) circula a traves de la torre (2), de modo que el deshumidificador (100) reduce la humedad relativa del aire.

11. El sistema segun la reivindicacion 1, que comprende ademas un sistema de flujo de aire complementario para reducir la humedad relativa del aire dentro de la turbina durante el apagado de la turbina, comprendiendo el sistema de flujo de aire complementario:

una tercera unidad de tratamiento de aire (200) que incluye:

una entrada de aire (201) para recibir aire limpio a la humedad relativa especificada,

un filtro de aire (202),

un ventilador (204),

un calentador auxiliar (206) ubicado en una seccion inferior de la torre (2) y adaptado para eliminar las gotas de agua en el aire y las particulas de sal y para calentar el aire limpio para reducir la humedad relativa del aire antes de que el aire entre en la turbina en la parte inferior de la torre,

en el que el aire fluye hacia arriba de la torre (2), a traves de la gondola, y sale a traves de una salida de aire (68) ubicada en una seccion superior trasera de la gondola (4).