ES2261100A1 - Aerogenerador anti-ruido. - Google Patents

Abstract

Aerogenerador anti-ruido.

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

Description

Aerogenerador anti-ruido.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un aerogenerador con un rotor de palas con medios para reducir los ruidos aerodinámicos producidos durante el giro del rotor por efecto de la fuerza del viento.

Antecedentes de la invención

Los aerogeneradores son una fuente importante de ruido. Sus palas producen ruido aerodinámico por la interacción de la capa límite con el borde de salida de la pala.

En la técnica anterior se ha propuesto reducir dicho ruido dotando al borde de salida de la palas del rotor de un elemento dentado.

La patente EP0652367 propone diferentes tipos de bordes dentados para las palas del rotor.

La patente EP1314885 propone palas de rotor con paneles con forma dentada en el borde de salida.

La patente EP1338793 propone palas con bordes dentados variando la longitud de los dientes y la distancia entre ellos a lo largo de la pala.

Estas soluciones tienen problemas de fiabilidad que impiden que solo con ellas se pueda garantizar el cumplimiento de las normativas que regulan los niveles máximos de ruido de los aerogeneradores.

La técnica anterior también ha propuesto la reducción del ruido aerodinámico de los aerogeneradores mediante la utilización de métodos de control de la operación del aerogenerador y, en particular, mediante el control de la velocidad del rotor. En este sentido la publicación "Wind Turbine Noise", Wagner et al., Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1996 expone la problemática planteada por el ruido generado por los aerogeneradores y algunas propuestas para reducirlo.

El inconveniente de estas propuestas es que, al menos en términos generales, la reducción del ruido implica una reducción de la producción del aerogenerador.

La presente invención proporciona una solución diferente para reducir el ruido producido por los aerogeneradores.

Sumario de la invención

En un primer aspecto, la presente invención proporciona un aerogenerador que comprende un rotor de palas que acciona un generador eléctrico y medios de control de dicho rotor, teniendo las palas un perfil aerodinámico con un borde de ataque y un borde de salida y medios que permiten disminuir su sustentación en una longitud L, medida desde su punta, menor o igual al radio R de la pala, permitiendo dichos medios de control activar cíclicamente los medios de disminución de la sustentación de cada pala durante su paso por un sector, circular S menor o igual de 160° hipotéticamente situado en el plano del rotor. Esos medios son de utilidad para la reducción del ruido producido por el aerogenerador.

En un segundo aspecto, la presente invención proporciona un método de operación del aerogenerador en el que se activan cíclicamente dichos medios de disminución de la sustentación de cada pala durante su paso por un sector circular S menor o igual al sector delimitado en el plano del rotor entre dos hipotéticos radios situados, siguiendo el sentido de giro de las palas, a 10 y 170° del hipotético radio en el que la pala alcanza la máxima altura. Se consigue con ello reducir el ruido justamente en la zona donde alcanza un mayor volumen.

El objetivo básico de la presente invención es maximizar la producción manteniendo la emisión de ruido dentro de los límites establecidos por las normas locales, autonómicas o nacionales.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de la misma en relación con las figuras que se acompañan.

Descripción de las figuras

En la Figura 1 se muestra una vista en perspectiva de un aerogenerador según la presente invención.

Descripción detallada de la invención

El aerogenerador 11 según la invención comprende un rotor con al menos una pala 13 de perfil aerodinámico con un borde de ataque y un borde de salida que incorpora un sistema de control de paso cíclico que permite una distribución acimutal de la sustentación de cada pala 13 en todo su radio R o solo en una parte de ella de longitud L cercana a la punta que puede llevarse a cabo por diversos medios como veremos seguidamente.

Con un aerogenerador de esas características, se puede limitar eficientemente la emisión de ruido ya que según las medidas realizadas en el proyecto Sirocco el ruido provocado por un aerogenerador 11 se genera básicamente en una zona 15 situada en el sector circular S delimitado en el plano del rotor entre dos hipotéticos radios situados, siguiendo el sentido de giro de las palas, a 10° y 170° del hipotético radio en el que la pala alcanza la máxima altura y por consiguiente puede implementarse un método de operación del aerogenerador que limite la emisión de ruido mediante la disminución de la sustentación de las palas únicamente en esa región y particularmente en un sector S de 120° donde el nivel de emisión de ruido es mayor.

Como puede observarse en la Figura 1, la zona 15 está situada en la parte final de la pala por lo que la disminución de la sustentación puede limitarse a esa parte.

Aparentemente, la generación de ruido en dicha zona 15 se produce a cualquier velocidad de giro del rotor por lo que tales controles podrían utilizarse incluso cuando la disminución de ruido requerida fuera tal que exigiese una bajada de la velocidad del rotor, lo que permite un incremento de producción respecto a los métodos de control de ruido conocidos en la técnica.

Por su parte, la disposición en únicamente una parte de la pala de los medios que permiten disminuir la sustentación de la pala 13 también contribuye a minimizar las pérdidas de producción derivadas de las necesidades de disminución de la emisión de ruido ya que solo se modifican las características de funcionamiento de una parte de la pala que en una realización preferente se estima que es igual o menor a un tercio de su longitud total.

El método de operación objeto de la presente invención requiere pues que el aerogenerador tenga medios para cambiar, en función del acimut, las características de funcionamiento de los perfiles situados en la región de punta de pala de manera que produzcan un nivel de ruido menor. Preferiblemente esos medios deben poder regularse en función de la magnitud del viento incidente.

Entre los medios que pueden utilizarse al respecto en la parte de la pala de longitud L cabe citar los siguientes:

- Medios que permiten disminuir el ángulo de ataque en dicha parte de la pala. La reducción de ruido estimada para máquinas G80 de GAMESA es del orden de 0.5 db por cada grado de ángulo de ataque que se disminuya. Ese efecto se consigue porque el espesor de capa límite es menor cuando el gradiente de presiones es menor y una disminución de ángulo de ataque implica una reducción del gradiente de presiones.

- Medios que permiten la modificación de la cuerda efectiva tales como m elementos que pueden ser hinchados y deshinchados a voluntad o superficies, y que entran y salen por el borde de salida de la pala. El efecto de disminución de cuerda es bastante menor que el de la disminución del ángulo de ataque ya que el gradiente de presiones es el mismo pero se disminuye la longitud sobre la que se desarrolla la capa límite dando como resultado un espesor menor que el original.

- Medios que permiten la modificación de la curvatura de los perfiles, tales como dispositivos hipersustentadores clásicos (flaps) o alerones, ó elementos flexibles incluidos en las palas que puedan ser modificados mediante algún procedimiento mecánico, térmico, químico o eléctrico.

- Medios que permiten el soplado o succión de capa límite, tales como ranuras o agujeros dispuestos en la superficie de la pala, ó matrices de micro o nanoválvulas.

- Utilización de materiales electroreológicos que cambian su forma mediante la aplicación de corriente eléctrica.

El aerogenerador según la presente invención podría ser utilizado adicionalmente para implementar métodos que permitan compensar las cargas producidas en la máquina por efecto de la no uniformidad de la corriente, ya sea esta generada por la presencia de obstáculos (torre) o por características propias del viento incidente.

En la realización que acabamos de describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas dentro del alcance definido por las reivindicaciones siguientes.

Claims (9)

1. Aerogenerador (11) que comprende un rotor de palas que acciona un generador eléctrico y medios de control de dicho rotor, teniendo las palas (13) un perfil aerodinámico con un borde de ataque y un borde de salida, caracterizado porque:

a) las palas (13) incluyen medios que permiten disminuir su sustentación en una longitud L, medida desde su punta, menor o igual al radio R de la pala;

b) dichos medios de control permiten activar cíclicamente los medios de disminución de la sustentación de cada pala (13) durante su paso por un sector circular S menor o igual de 160° hipotéticamente situado en el plano del rotor.

2. Aerogenerador (11) según la reivindicación 1, caracterizado porque la longitud L es menor o igual de 1/3 del radio R de la pala (13).

3. Aerogenerador (11) según una de las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque dichos medios de disminución de la sustentación consisten en medios que permiten disminuir el ángulo de ataque.

4. Aerogenerador (11) según una de las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque dichos medios de disminución de la sustentación consisten en medios que permiten modificar la curvatura de los perfiles de las palas (13).

5. Aerogenerador (11) según una de las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque dichos medios de disminución de la sustentación consisten en medios que permiten una succión o un soplado sobre la capa límite.

6. Aerogenerador (11) según una de las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque dichos medios de disminución de la sustentación consisten en medios que permiten modificar la cuerda efectiva de las palas (13).

7. Método de operación de un aerogenerador (11) según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6 en el que se activan cíclicamente dichos medios de disminución de la sustentación de cada pala (13) durante su paso por un sector circular S delimitado en el plano del rotor entre dos hipotéticos radios situados, siguiendo el sentido de giro de las palas, a 10 y 170° del hipotético radio en el que una pala (13) alcanza la máxima altura.

8. Método de operación de un aerogenerador según la reivindicación 7 en el que el sector S es igual o menor de 120°.

9. Método de operación de un aerogenerador según una de las reivindicaciones 7 ú 8 en el que se controla la magnitud de la disminución de la sustentación en función de la velocidad del viento incidente.