ES2895709T3 - Aerogenerador y método de eliminación de hielo en aerogeneradores - Google Patents
Aerogenerador y método de eliminación de hielo en aerogeneradores Download PDFInfo
- Publication number
- ES2895709T3 ES2895709T3 ES15382548T ES15382548T ES2895709T3 ES 2895709 T3 ES2895709 T3 ES 2895709T3 ES 15382548 T ES15382548 T ES 15382548T ES 15382548 T ES15382548 T ES 15382548T ES 2895709 T3 ES2895709 T3 ES 2895709T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- ice
- heating system
- heating
- stage
- wind turbine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 231
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 39
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 9
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000011002 quantification Methods 0.000 claims description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 claims 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 28
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 19
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 15
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 12
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 4
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 4
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
- F03D80/40—Ice detection; De-icing means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D1/06—Rotors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
- F03D7/0224—Adjusting blade pitch
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/0276—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling rotor speed, e.g. variable speed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/04—Automatic control; Regulation
- F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
- F03D7/047—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the controller architecture, e.g. multiple processors or data communications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/80—Diagnostics
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05B2270/32—Wind speeds
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05B2270/325—Air temperature
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/40—Type of control system
- F05B2270/404—Type of control system active, predictive, or anticipative
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/70—Type of control algorithm
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/80—Devices generating input signals, e.g. transducers, sensors, cameras or strain gauges
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Método de control de un aerogenerador, el aerogenerador del tipo que comprende: - un rotor con al menos dos palas; - un sistema de control del aerogenerador; - un sistema de calentamiento que comprende un elemento calefactor conectado con el sistema de control y configurado para llevar a cabo un calentamiento de al menos una de las palas; donde el método comprende una etapa donde se detecta la presencia de hielo o de condiciones proclives a la formación de hielo en las palas, una etapa de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento, y una etapa de activación del sistema de calentamiento, donde si se detecta la presencia de hielo o de condiciones proclives a la formación de hielo en las palas, se lleva a cabo la etapa de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento, y donde la etapa de activación del sistema de calentamiento se lleva a cabo después de la etapa de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento solamente si la etapa de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento da como resultado que el sistema de calentamiento es efectivo para prevenir la formación de hielo en modo anti-icing o para eliminar el hielo en modo de-icing del aerogenerador, donde el sistema de calentamiento es efectivo cuando los valores de velocidad del viento y temperatura ambiente actualmente medidos están por encima de una curva que representa los valores de temperatura ambiente de acuerdo a los valores de velocidad de viento predeterminados previstos para prevenir la formación de hielo en el modo anti-icing o para eliminar el hielo en modo de-icing del aerogenerador.
Description
DESCRIPCIÓN
Aerogenerador y método de eliminación de hielo en aerogeneradores
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se enmarca en el campo de la generación de energía mediante aerogeneradores. En particular, la presente invención se refiere a un aerogenerador con capacidad de eliminación de hielo depositado en sus palas y a un método para eliminar el hielo que se deposita en las palas de los aerogeneradores.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La deposición de hielo u otro tipo de material no deseado en las palas de los aerogeneradores provoca un funcionamiento no adecuado en términos de producción y cargas. Esto se debe a la variación de las características aerodinámicas y másicas de las palas como consecuencia, en parte, de la modificación de la geometría de los perfiles aerodinámicos. Esta variación de los perfiles aerodinámicos puede hacer incluso que determinadas zonas de la pala entren en pérdida aerodinámica. Dicha variación puede repercutir en un incremento de cargas y vibraciones del aerogenerador.
La técnica anterior propone diversas soluciones para intentar solucionar el problema anteriormente descrito.
Así, existen sistemas para la eliminación y/o prevención de la formación de hielo basados en el calentamiento de al menos parte de la superficie exterior de las palas. En el primero de los casos, el sistema entra en funcionamiento tras la detección de la formación de hielo persiguiendo eliminarlo cuanto antes; dichos sistemas son conocidos como sistemas “de-icing”. En el segundo de los casos, el sistema de calentamiento entra en funcionamiento previamente a la formación del hielo cuando se detectan condiciones proclives a la formación de hielo; dichos sistemas son conocidos como sistemas “antiicing”. El consumo de energía de ambos tipos de sistemas puede ser considerable y es importante reducir al máximo el tiempo requerido de calentamiento.
Otros sistemas activos en cambio están basados en la eliminación del hielo de manera exclusivamente mecánica. Así, existen sistemas que persiguen la eliminación de hielo mediante deformación de la superficie exterior de la pala, como el que se describe en el documento GB2481416. En este documento se propone añadir elementos que deformen al menos la superficie exterior de la pala, tales como un elemento que ejerza una vibración en el interior de ella. El principal inconveniente de dicho sistema es que requiere la incorporación de elementos técnicamente complejos y una adecuación del diseño estructural de las palas (o al menos verificación de la adecuación del mismo) para su integración.
Otros únicamente emplean para ello sistemas presentes de manera habitual en los aerogeneradores como el sistema de paso de pala o el control de velocidad de rotor. Así, en el método descrito en el documento US8292579B2 se inducen vibraciones en las palas mediante el control del par del generador eólico. Dicho método de control para eliminación de hielo, sin embargo, solo es eficaz con hielo de baja densidad.
Por ejemplo, el documento CN102003353A describe un método de descongelación de palas de un generador eólico a gran escala, que comprende la recogida de señales de formación de hielo mediante la adopción de un detector de formación de hielo, la introducción de las señales de formación de hielo en un solucionador de tasa de formación de hielo, la introducción de señales de tasa transmitidas por el solucionador de tasa de formación de hielo a un controlador, la puesta en marcha de un sistema de calentamiento de aire por el controlador, y la alimentación de aire caliente en los canales de circulación de las palas para el intercambio de calor por un ventilador; y detectar el agua líquida generada por la absorción de calor y la descongelación de una capa de hielo mediante un detector de contenido de agua líquida, introduciendo señales en un solucionador de la tasa de generación de agua líquida, introduciendo señales de tasa transmitidas por el solucionador de la tasa de generación de agua líquida a un controlador, y agitando las palas y sacudiendo la capa de hielo bajo la acción de un sistema de pitch variable y un sistema de yaw.
Otro ejemplo se describe en EP 2626557 A1.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención da a conocer un aerogenerador que soluciona los problemas de la técnica anterior ya que permite la eliminación del hielo de las palas empleando para ello un menor consumo de energía que los dispositivos de la técnica anterior. Además, no requiere modificaciones sustanciales en el diseño estructural de las palas.
En concreto, la presente invención da a conocer un método y sistema de control de un aerogenerador de acuerdo a las reivindicaciones independientes 1 y 6. En un aspecto no reivindicado de la invención, ésta divulga un aerogenerador del
tipo que comprende:
-un rotor con al menos dos palas;
-un sistema de control;
-medios de detección de la presencia de hielo en las palas;
-un sistema de calentamiento con al menos un elemento calefactor configurado para llevar a cabo una etapa de calentamiento de al menos una de las palas.
Preferentemente, el sistema de calentamiento está conectado al sistema de control y está configurado para llevar a cabo una etapa de calentamiento de al menos una de las palas mediante la activación de la alimentación de al menos un elemento calefactor ubicado en cada una de las palas. El sistema de control comprende para ello al menos una rutina de eliminación de hielo que comprende las siguientes etapas:
-una etapa de calentamiento de al menos una de las palas;
-una etapa de inducción de un movimiento en al menos una de las palas, también denominada etapa de eliminación de hielo mecánica.
Preferentemente se ejecuta primero la etapa de calentamiento de al menos una de las palas. La etapa de eliminación de hielo mecánica en al menos dicha pala se lleva a cabo cuando se ha llevado a cabo al menos parcialmente la etapa de calentamiento.
Además, la etapa de eliminación de hielo mecánica puede realizarse al menos en parte de manera simultánea a la etapa de calentamiento (habiendo calentado la pala durante un tiempo, transcurrido el cual, además de continuar calentando la pala se lleva a cabo la etapa de eliminación de hielo mecánica).
Ejecutar primero la etapa de calentamiento durante un tiempo suficiente facilita una eliminación más rápida de hielo ya que la etapa de calentamiento reduce la adherencia del hielo a la pala (aunque no lo elimina por completo), pues contribuye a que parte de la superficie del hielo se descongele. Cuando ya se ha realizado la etapa de calentamiento durante al menos un tiempo determinado, se lleva a cabo la etapa de eliminación de hielo mecánica que acelera la eliminación del hielo ya que fomenta la aparición de vibraciones que contribuyen a eliminar los restos de hielo que pudieran quedar adheridos a la superficie exterior de la pala tras la etapa de calentamiento.
En una realización no reivindicada, la rutina de eliminación de hielo, incluye una etapa de calentamiento de duración predeterminada tras la cual se lleva a cabo la etapa de eliminación de hielo mecánica.
De igual manera, la rutina puede comprender secuencias en las que se alternan etapas de calentamiento de pala con etapas de eliminación de hielo mecánica en dichas palas, pudiendo ser la duración de cada una de dichas etapas predeterminada.
La etapa de eliminación de hielo mecánica requiere de la ejecución de un movimiento (o secuencia de movimientos) en al menos una pala. Así, la etapa de eliminación de hielo mecánica comprende al menos una de las siguientes subetapas:
-ejecutar un movimiento de pala mediante la modificación del ángulo de pitch de la pala,
-ejecutar un movimiento de pala mediante la modificación de la velocidad de giro del rotor.
Para ello, el sistema de control del aerogenerador envía las órdenes correspondientes de giro del rotor o de modificación del pitch de las palas.
En una realización no reivindicada, la modificación del ángulo de pitch de la pala se realiza mediante una aceleración y deceleración controladas.
En una realización no reivindicada, la etapa de eliminación de hielo mecánica se lleva a cabo con el aerogenerador parado y la modificación de la velocidad de giro del rotor comprende realizar una secuencia de arranque del rotor del aerogenerador, de manera que el rotor comience a girar.
La etapa de calentamiento de al menos una de las palas comprende la activación del sistema de calentamiento. En un ejemplo de realización particular que se describe a continuación el sistema de calentamiento es aerotérmico. En otros ejemplos de realización no reivindicados, el sistema de calentamiento puede estar basado en tejidos termorresistivos embebidos en el material de las palas y próximos a la superficie exterior de las palas o ubicados sobre la superficie exterior de las mismas.
En ambos casos compensa energéticamente incluir la etapa de eliminación de hielo mecánica en la rutina de eliminación de hielo. No obstante, es cuando se emplea en sistemas aerotérmicos cuando resulta más ventajoso que la rutina de eliminación de hielo incluya una etapa de eliminación de hielo mecánica, pues dichos sistemas de calentamiento son
menos eficientes que los sistemas basados en tejidos termorresistivos (debido a que el calor ha de fluir hacia el exterior a través de las conchas de la pala que habitualmente son de material compuesto y que en determinadas zonas son además de elevado espesor). La invención permite de esta manera reducir el tiempo necesario para la eliminación del hielo con respecto al empleo únicamente de una etapa de calentamiento.
Así pues, preferentemente el aerogenerador comprende un sistema de calentamiento aerotérmico que comprende, en la zona próxima a la raíz de la pala, un ventilador para la impulsión de aire a través de un conducto que comprende el elemento calefactor, comprendiendo en una realización no reivindicada, unas resistencias eléctricas que ceden calor al aire del interior de la pala. Dicho aire es conducido por el interior de la pala hacia la zona de pala donde se quiere eliminar el hielo, típicamente situada entre la mitad de la longitud de la pala y la punta de la pala en la zona del borde de ataque.
En un ejemplo de realización no reivindicado, el interior de la pala del aerogenerador comprende una primera cámara formada por una parte de la concha de la pala que incluye el borde de ataque pala y al menos un larguero de ésta. En dicha primera cámara, se dispone un conducto para la conducción del aire caliente que se extiende desde la raíz hasta una cota situada a una distancia de la raíz entre 1/3 y 2/3 de la longitud de la pala en la que el aire es liberado dentro de la primera cámara y fluirá hacia la zona de la punta. Cuando el aire llega a la punta retorna hacia la zona de la raíz por una segunda cámara situada entre el larguero y el borde de salida de la pala o entre dos largueros.
En una realización de la invención no reivindicada se dispone un sensor de temperatura a la salida del conducto que comprende las resistencias eléctricas para la monitorización de la temperatura del aire a la salida del sistema aerotérmico. Según esta realización, el sistema de control controla la alimentación de las resistencias en función de la magnitud de la diferencia entre la medida de temperatura a la salida del sistema aerotérmico y una temperatura de referencia.
Dicha temperatura de referencia, en una realización no reivindicada, se calcula en función de la temperatura máxima que puede soportar el material de la pala de manera que se prevenga cualquier tipo de daño.
En un ejemplo de realización no reivindicado, el control de la alimentación de las resistencias es del tipo todo o nada (onoff). En una realización no reivindicada, el sistema de control tiene implementado un lazo de regulación por histéresis de la temperatura del aire a la salida del sistema aerotérmico de manera que se vigila que la temperatura del mismo no supere la temperatura de referencia en más de un margen predeterminado. Una vez se supera dicha temperatura, se desconectan al menos parte de las resistencias del sistema de calentamiento para que el aire no exceda dicha temperatura. Por otro lado, cuando la temperatura a la salida del aerotermo desciende por debajo de la temperatura de referencia en un margen determinado (que puede ser distinto del anterior), se vuelven a conectar al menos parte de las resistencias a la alimentación. Dependiendo del sistema de conmutación de las resistencias, el control puede ser más o menos continuo e implementar un lazo de regulación tipo PI o similar.
La temperatura de referencia se puede variar ligeramente dependiendo de las condiciones ambientales. Así, en determinadas condiciones existe margen para incrementar la temperatura de referencia del aire manteniendo siempre la temperatura máxima que puede soportar el material de la pala, o reducirla para no exceder dicha temperatura máxima con el fin de aumentar la eficacia del sistema de calentamiento.
El aerogenerador comprende medios de detección de la presencia de hielo en las palas. Dichos medios pueden comprender, entre otros:
-un algoritmo de comparación entre una señal indicativa de la potencia generada y una señal de potencia esperada a la velocidad de viento medida (o de incoherencia entre las señales medidas de velocidad de viento y de potencia); -unos equipos de estimación de la frecuencia propia de cada pala en base a medidas de acelerómetros y comparación con respecto a la frecuencia propia sin hielo.
-sensores de detección de hielo mediante ultrasonidos o capacitivos ubicados en el interior de la pala.
-un algoritmo de estimación de la presencia de hielo y del espesor del mismo en base a la medición de temperaturas en el interior de la pala.
Para la implementación de dicho algoritmo, la pala está dotada de sensores de temperatura en al menos una zona en la que se quiere eliminar el hielo. En un ejemplo de realización los sensores de temperatura se encuentran en una estación de control de la pala, dispuesta en una cota situada a una distancia de la raíz de pala entre el 60% y el 90% de la longitud de la pala. Es en esta zona en la que más se deposita el hielo y sobre la que interesa actuar. Preferentemente en una cota situada entre el 75% y el 90% de la longitud de la pala.
De manera preferente en dicha estación de control se dispone al menos un sensor de la temperatura de la pared interior de la pala en una zona del borde de ataque, es decir, dispuesto en contacto con la pared del borde de ataque. Este sensor permite determinar un valor T1 de temperatura en el interior de la pala en el borde de ataque. Además, en dicha estación
de control se disponen dos sensores más: un sensor de la temperatura del aire interno, a partir del que se obtiene un valor Tai de temperatura en el interior de la pala, y un sensor de la temperatura de la pared de la pala en una zona donde no se suele depositar el hielo de manera habitual con el que se obtiene un valor T2 de temperatura de la pared de la pala en una zona en la que no hay hielo. Esta disposición de sensores permite mediante la realización de los correspondientes cálculos determinar la presencia de hielo y, en su caso, el espesor de la capa de hielo.
Para calcular el espesor de la capa de hielo y de la temperatura en la superficie de la pala se emplean los tres sensores previamente descritos (que proporcionan los valores de T1, T2 y Tai) y que están dispuestos en la estación de control en el interior de la pala.
Se utiliza un algoritmo de estimación de la presencia de hielo en las palas y de cuantificación del espesor del mismo que se incluye en la rutina de control del aerogenerador. Dicho algoritmo emplea una programación matemática basada en la analogía eléctrica del problema térmico de transmisión de calor que emplea al menos los siguientes parámetros:
-Resistencia de conducción (Rcond) a través de las paredes de la pala. Se caracteriza al menos la estación de control de la pala para determinar los valores de resistencia térmica Rcond en cada zona de dicha estación, ya que puede haber distintos valores de Rcond en cada zona pues tanto los materiales empleados (y por tanto su conductividad térmica) como el espesor varían de una zona a otra. En una realización no reivindicada, los valores de resistencia térmica Rcond se determinan en los puntos 1 y 2, RcondK1 y RcondK2 donde se disponen sensores de medición de la temperatura de la superficie interior de la pala
-Resistencia de convección interior (Rconvi). Este valor se considera conocido (caracterizado a partir de un modelo de cálculo por elementos finitos, como por ejemplo un modelo CFD (computational Huid dynamics) y de igual valor en los puntos 1 y 2 donde se miden las temperaturas de la superficie interior de la pala T1 y T2.
A partir de dichos parámetros y de los valores medidos de T1, T2 y Tai se procede al cálculo de las siguientes variables:
-Cálculo de los flujos de calor a través de la superficie exterior de la pala en los puntos 1 y 2 (variables q1 y q2) que se calculan a partir del gradiente entre la temperatura del aire en interior de la pala y la temperatura de la superficie interior de la pala medida en dichos puntos 1 y 2 de la estación de control de la pala (T1-Tai y T2-Tai respectivamente). -Cálculo de la resistencia de convección exterior (Rconve). El cálculo de éste valor se realiza a partir del gradiente térmico entre la temperatura del aire en el interior de la pala (Tai) y la temperatura ambiente (Tae), y el valor calculado previamente para q2. Se supone igual para ambos puntos del perfil de la pala en los puntos 1 y 2 de la estación de control de la pala.
-Cálculo de la resistencia térmica del hielo en el borde de ataque a partir del gradiente térmico entre la temperatura del aire interior de la pala y la temperatura ambiente, y de los valores calculados de q1 y de la Rconve.
-Cálculo de la temperatura en la superficie exterior de la pala en el borde de ataque de la pala a partir de los valores anteriores.
El cálculo de las variables q1 y q2 se realiza mediante las siguientes fórmulas matemáticas a partir de los valores de los anteriores parámetros predeterminados (RcondK1, RcondK2 y Rconvi) y de las medidas de temperatura T1, T2 y Tai:
Tai —T
1
Tai — Tae
q
1 = ------------ = -------------------------------------------------------
Rconvi Rconvi RcondK 1 Rhielo Rconve
Tai — T2 Tai — Tae
q2 =
------------= ------------------------------------------
Rconvi Rconvi RcondK2 Rconve
Una vez calculado el valor del flujo de calor hacia el exterior en el punto 2 (q2), se procede a despejar el valor del término de resistencia térmica de convección exterior, Rconve. Finalmente, a partir del valor de q1 y empleando el valor del término de resistencia térmica de convección exterior, Rconve previamente calculado se procede a calcular el valor de resistencia térmica aportado por el hielo, Rhielo, en el punto 1 de la estación de control de la pala.
Por último, el espesor de la capa de hielo se calcula teniendo en cuenta la resistencia térmica adicional en la pared con hielo debido a la presencia del propio hielo y teniendo en cuenta las propiedades de conductividad de hielo:
e = Rhielo
*
Khielo
Para obtener una señal indicativa de la presencia de hielo se puede alternativamente utilizar una medida indicativa de la potencia media consumida. El valor de potencia media consumida se puede obtener de dos maneras:
-De forma indirecta: Calculando la diferencia de temperatura entre el aire a la salida del aerotermo y a la entrada del mismo (después de haber recorrido todo el interior de la pala). Como el hielo incrementa la resistencia térmica, se reduce la transmisión de calor al exterior para las mismas condiciones de gradiente térmico (entre la
temperatura de aire interior y la temperatura de aire exterior) y velocidad de viento exterior. De esta forma se reduce la potencia media consumida para mantener una temperatura de referencia del aire.
-De forma directa: Midiendo la potencia media consumida.
Por otra parte, un ejemplo no reivindicado también da a conocer, además, un método de eliminación de hielo en un aerogenerador del tipo que comprende:
-un rotor con al menos dos palas;
-un sistema de control del aerogenerador; y
-medios de detección de la presencia de hielo en las palas;
-un sistema de calentamiento con al menos un elemento calefactorconectado con el sistema de control y configurado para llevar a cabo una etapa de calentamiento de al menos una de las palas,
comprendiendo dicho método la siguiente etapa:
- detección de la presencia de hielo en al menos una de las palas;
y, una vez detectada la presencia de hielo, comprende activar al menos una rutina de eliminación de hielo que comprende a su vez las siguientes etapas;
- una etapa de calentamiento de al menos una de las palas;
- una etapa de eliminación de hielo mecánica en al menos dicha pala.
La etapa de calentamiento de al menos una de las palas comprende la activación del al menos un elemento calefactor.
La etapa de eliminación de hielo mecánica se lleva cuando se ha llevado a cabo la etapa de calentamiento al menos parcialmente. En particular, se establece una duración mínima de la etapa de calentamiento previamente a la activación de la etapa de eliminación de hielo mecánica en al menos una de las palas.
Preferentemente, la duración mínima de la etapa de calentamiento es un tiempo pre-determinado. Sin embargo, en ejemplos particulares, dicha duración mínima de la etapa de calentamiento puede ser calculada por el sistema de control en función de la cantidad de hielo que se detecte y/o de las condiciones ambientales.
Adicionalmente, un ejemplo contempla que, en una realización preferente no reivindicada, las etapas de calentamiento de al menos una de las palas y una etapa de eliminación de hielo mecánica en al menos una de las palas se realizan de forma simultánea en al menos parte de su duración. Así, una vez se ha mantenido el elemento calefactor encendido durante un tiempo determinado se inicia la etapa de eliminación de hielo mecánica en al menos una de las palas haciendo que, al menos por un periodo de tiempo, ambas etapas ocurran de manera simultánea. Sin embargo, en otros ejemplos no reivindicados, la etapa de eliminación de hielo mecánica en al menos una de las palas se realiza al finalizar etapa de calentamiento de al menos una de las palas.
Dado que, preferentemente, este método es iterativo hasta que se elimina el hielo de la pala, tras realizar la etapa de eliminación de hielo mecánica en al menos una de las palas se puede ejecutar nuevamente el método hasta determinar la no presencia de hielo en la etapa de detección de la presencia de hielo en al menos una de las palas o la reducción sustancial del hielo en la pala o condiciones de viento que permitan la reanudación de la operación del aerogenerador para generar potencia pese a la presencia de hielo.
De igual manera, la rutina puede comprender secuencias en las que se alternan etapas de calentamiento de pala con etapas de inducción de movimiento en dichas palas, pudiendo ser la duración de cada una de dichas etapas predeterminada.
La etapa de eliminación de hielo mecánica comprende la ejecución de un movimiento (o secuencia de movimientos) en al menos una pala y se ejecuta mediante al menos uno de los siguientes dos tipos de órdenes enviadas desde el sistema de control:
-órdenes de giro de rotor del aerogenerador, que puede comprender a su vez órdenes de frenado y aceleración del rotor, u
-órdenes de modificación del ángulo de pitch de las palas mediante la actuación del sistema de cambio de paso de pala.
En este sentido, el movimiento de modificación del ángulo de pitch de pala puede comprender una secuencia de movimientos del sistema de paso de pala, entre posiciones de pala en un rango de entre 90° y 30° de manera preferente.
La duración mínima inicial del ciclo de calentamiento tras el que se ejecuta la etapa de eliminación de hielo mecánica en al menos una pala se calcula en función de la temperatura ambiente. Alternativamente puede llevarse a cabo durante un tiempo mínimo predeterminado.
Adicionalmente se tienen en cuenta para determinar la duración inicial mínima inicial del ciclo de calentamiento la velocidad de viento y/o del espesor de la capa de hielo. Dicho cálculo se puede realizar por ejemplo mediante una tabla en la que se especifica la duración del ciclo en función de parámetros ambientales (temperatura, velocidad del viento y/o espesor de la capa de hielo), donde la duración especificada ha sido obtenida a partir de experimentos de campo o a través de simulaciones.
Preferentemente la duración del ciclo de calentamiento se reduce progresivamente en los subsiguientes ciclos de calentamiento.
Preferentemente el ciclo de calentamiento se continúa ejecutando durante la etapa de ejecución de un movimiento de la pala.
La etapa de eliminación de hielo mecánica se realiza durante un tiempo predeterminado tras el cual se comprueba si se ha eliminado el hielo o se ha reducido sustancialmente y, si no se ha eliminado todavía, se realiza una de las siguientes acciones:
-se inicia un nuevo ciclo de calentamiento, o
-se continúa con el ciclo de calentamiento pero sin ejecutar el movimiento de pala.
Si tras el movimiento de la pala se detecta que sigue existiendo presencia de hielo en las palas se alternan varios ciclos de calentamiento con varios ciclos de movimiento. La detección de la presencia de hielo en las palas puede realizarse iniciando una secuencia de arranque del aerogenerador, comprobando por ejemplo la aceleración de rotor y comparándola con respecto a la aceleración que se tendría en condiciones en que no hubiera hielo.
En una realización no reivindicada, ejecutar un movimiento de pala implica modificar el ángulo de pala mediante una aceleración y una deceleración controladas por medio de la actuación del sistema de pitch de pala de acuerdo a las órdenes de modificación del ángulo de pitch de las palas enviadas por el sistema de control. La aceleración y deceleración son preferiblemente altas para inducir vibraciones en la pala y contribuir así a que se fracture y/o desprenda la capa de hielo.
En una realización no reivindicada, ejecutar un movimiento de giro del rotor comprende realizar una secuencia de arranque del rotor del aerogenerador, de manera que el rotor comience a girar tras la etapa de calentamiento de acuerdo a las órdenes de giro de rotor del aerogenerador enviadas desde el sistema de control. Ello implica que la etapa de calentamiento se efectuaba con el rotor parado, aspecto no necesario.
Los movimientos del ángulo de pitch de pala se realizan con la máquina parada, de forma que los pedazos de hielo que se desprendan de las palas caigan en las proximidades del aerogenerador y no sean proyectados lejos del mismo debido al giro de rotor. Para ello, los movimientos del ángulo de pitch de pala se realizan preferentemente entre posiciones de ángulo de pitch de pala que permitan mantener el rotor parado (por ejemplo entre posiciones de pitch de 90 y 3o°) y dejando al menos una de las palas en bandera (90°).
Asimismo el método puede comprender adicionalmente una etapa en la que se posiciona la pala en un ángulo azimutal predefinido y que se realiza previamente a etapa de ejecutar un movimiento de pala modificando el ángulo de pala mediante una aceleración y una deceleración controladas. En un ejemplo de realización en dicha etapa se dispone la pala en una posición sustancialmente orientada hacia abajo. En otro ejemplo de realización en dicha etapa se dispone la pala en una posición sustancialmente orientada hacia un lateral.
En un ejemplo de realización no reivindicado, la aceleración y deceleración controladas se repiten continuamente.
El método comprende adicionalmente una etapa de detectar la presencia de hielo en dicha pala antes de generar la aceleración y la deceleración controladas. En una realización no reivindicada del método, dichas aceleración y deceleración controladas se realizan mediante la actuación de uno o más actuadores del aerogenerador.
El aerogenerador puede comprender al menos un sensor para detectar la presencia de hielo en al menos una de las palas, puede comprender un detector de ángulo azimutal para detectar el ángulo azimutal de la al menos una pala a la que se va a someter a la etapa de calentamiento y a la etapa de eliminación de hielo mecánica y puede comprender un actuador del rotor para controlar la posición azimutal de la pala durante dichas etapas.
En una realización no reivindicada, la activación de la rutina de calentamiento de palas se realiza con el aerogenerador parado.
Además, con el fin de mejorar la seguridad del procedimiento el método comprende una etapa de disponer al menos una de dichas palas en un ángulo de azimutal predeterminado antes de realizar la etapa d).
Dicho ángulo de azimutal predeterminado puede ser tal que la pala apunte sustancialmente hacia abajo (180°) o hacia un lado (270°) antes de realizar la etapa d).
De acuerdo a un aspecto reivindicado de la invención, se divulga un método de control de un aerogenerador que comprende un sistema de calentamiento de pala. Dicho método comprende una etapa de estimación de la efectividad del sistema del calentamiento (para la eliminación de hielo, i.e. modo de-icing o la prevención de su aparición, i.e. modo antiicing, según corresponda) en función de unas condiciones ambientales medidas o estimadas previamente a la activación del sistema de calentamiento de pala.
Así, la etapa de estimación de la efectividad del sistema del calentamiento según el método incluye llevar a cabo las siguientes subetapas:
-una etapa de determinación de unas condiciones de velocidad de viento y temperatura previstas para el ciclo de calentamiento;
-una etapa de comparación de las condiciones de velocidad de viento y temperatura previstas para el ciclo de calentamiento con respecto a unas condiciones de velocidad de viento y temperatura en que el sistema de calentamiento sería eficaz.
Si la etapa de estimación de la efectividad del sistema del calentamiento da como resultado que el sistema de calentamiento sería eficaz para los fines perseguidos, el método comprende llevar a cabo una etapa de activación del sistema de calentamiento.
Mediante la etapa de estimación de la efectividad del sistema del calentamiento se evalúa la posibilidad de eliminar o prevenir el hielo en las condiciones de operación de la turbina para decidir si se activa o no la rutina de calentamiento de pala. La activación del sistema de calentamiento de pala se producirá solamente si el calentamiento puede ser efectivo para el propósito que se persiga (prevenir la formación de hielo o eliminarlo tras su adhesión a la pala). Esto permite evitar un consumo de potencia ineficaz por parte de los componentes del sistema de calentamiento.
Las condiciones ambientales en que el sistema es eficaz (para ambos modos, es decir, como anti-icing o como de-icing) dependen de si el aerogenerador está en operación o no. Así, por ejemplo, si las condiciones ambientales en que el sistema es eficaz se dan en forma de tabla o gráfico o cualquier otra forma, el algoritmo de control incluye en su programación una tabla o gráfico para funcionamiento como de-icing o como anti-icing. El hecho de que el aerogenerador esté en operación implica el giro del rotor a una velocidad que hace que la velocidad de viento aparente en las palas sea mucho mayor que la de viento libre reduciendo la eficacia del sistema de calentamiento.
Dicho método comprende además una etapa de detección de la presencia de hielo o de condiciones proclives a la formación de hielo en las palas de manera que, si se detectan dichas condiciones, se procede a efectuar la etapa de estimación de la efectividad del sistema del calentamiento .Las condiciones ambientales proclives a la formación de hielo en las palas, i.e. que pueden influir en la formación de hielo en las palas, pueden ser por ejemplo la humedad o porcentaje de agua en el aire, la velocidad del viento, la temperatura, etc. Preferentemente las condiciones ambientales que se consideran en este caso son la humedad y la temperatura ambiente.
Así, para el funcionamiento del sistema de calentamiento en modo anti-icing la etapa de estimación de la efectividad del sistema del calentamiento según el método incluye llevar a cabo las siguientes etapas:
-una etapa de determinación de unas condiciones de velocidad de viento y temperatura previstas para el ciclo de calentamiento;
-una etapa de comparación de las condiciones previstas de velocidad de viento y temperatura con respecto a unas condiciones de velocidad de viento y temperatura en que se puede prevenir la formación de hielo;
-una etapa de activación del sistema de calentamiento si la comparación entre las condiciones de velocidad y temperatura previstas para el ciclo de calentamiento con respecto a las condiciones de velocidad de viento y temperatura en que se puede prevenir la formación de hielo dan como resultado que el sistema de calentamiento sería eficaz.
En un ejemplo de realización, las condiciones en que se puede prevenir la formación de hielo son predeterminadas, habiéndose evaluado en simulación en qué condiciones de temperatura y/o velocidad de viento el sistema de calentamiento podrá prevenir la formación de hielo en función de si el aerogenerador está en operación o no.
Así, el método comprende una etapa de comprobación del estado del aerogenerador y una etapa de determinación de las
condiciones de velocidad de viento y temperatura en que se puede prevenir la formación de hielo en función del estado del aerogenerador.
En caso de que todavía no se haya detectado la presencia de hielo pero las condiciones sí sean proclives para su formación y se haya valorado positivamente la efectividad del sistema de calentamiento para la prevención de la formación de hielo, éste se activará en modo anti-icing.
Sin embargo, si al llevar a cabo una etapa de estimación de la efectividad del sistema del calentamiento como anti-icing se demuestra que para el estado de operación de la turbina, dadas las condiciones ambientales previstas para el ciclo de calentamiento (condiciones estimadas para los próximos instantes en que potencialmente se activará el sistema de calentamiento) el sistema de calentamiento no sería efectivo, (por ejemplo, con una temperatura ambiente prevista más baja para las condiciones de viento prevista de la que permitiría tener una temperatura superficial exterior de pala superior a un umbral, por ejemplo, mayor de -2°C), se decide no activar el sistema de calentamiento en modo anti-icing. En este ejemplo, el aerogenerador continuaría su operación normalmente hasta que se detecte la formación de hielo, en cuyo caso se valorará de nuevo la efectividad del sistema de calentamiento, en este caso como sistema de-icing
En este caso, si el sistema de calentamiento no puede ser eficaz como anti-icing y si las condiciones proclives a la formación de hielo persisten, se acumulará hielo en la superficie de las palas. Una vez suceda esto y el sistema de control del aerogenerador detecte hielo, se llevará a cabo una etapa de estimación de la efectividad del sistema del calentamiento para su operación en modo de-icing, es decir, valorará activar el sistema de calentamiento para su funcionamiento para la eliminación de hielo.
Así, la etapa de estimación de la efectividad del sistema del calentamiento según el método incluye, para el funcionamiento en modo de-icing, llevar a cabo las siguientes etapas:
-una etapa de determinación de las condiciones de velocidad de viento y temperatura en que se puede eliminar el hielo;
-una etapa de determinación de las condiciones de velocidad de viento y temperatura previstas para el ciclo de calentamiento;
-una etapa de comparación de las condiciones de velocidad y temperatura previstas para el ciclo de calentamiento con respecto a las condiciones de velocidad de viento y temperatura en que se puede eliminar el hielo;
-una etapa de activación del sistema de calentamiento si la comparación entre las condiciones de velocidad y temperatura con respecto a las condiciones de velocidad de viento y temperatura en que se puede eliminar e dan como resultado que el sistema de calentamiento sería eficaz.
La etapa de determinación de las condiciones de velocidad de viento y temperatura previstas para el ciclo de calentamiento (i.e. para los próximos instantes en que se ejecutará potencialmente el ciclo de calentamiento), bien sea como anti-icing o como de-icing, comprende uno de los siguientes métodos para la obtención de dichas condiciones:
-medir la velocidad de viento y la temperatura ambiente actuales y asumir que las condiciones de velocidad de viento y temperatura en los próximos instantes serán similares a las actuales;
-medir la velocidad de viento y la temperatura actuales, y estimar los valores de velocidad de viento y temperatura previstos para los próximos instantes a partir de tendencias de velocidad de viento y la temperatura observadas en instantes anteriores (las pasadas horas, días, etc.);
-medir el histórico de la velocidad de viento y la temperatura de los instantes anteriores y estimar los valores de velocidad de viento y temperatura previstos para los próximos instantes a partir de ellos;
-recibir predicciones de la velocidad de viento y la temperatura previstos para los próximos instantes, por ejemplo, desde un centro de control remoto del parque o desde una estación meteorológica.
Así, las condiciones de velocidad de viento y temperatura de los próximos instantes puedes ser estimaciones basadas en las medidas de dichas variables realizadas en instantes pasados como por ejemplo a partir del cálculo de la media de los 10 minutos anteriores, 20 minutos anteriores, 60 minutos anteriores, etc. Esta estimación se puede corregir aplicando tendencias de días anteriores en la misma franja horaria o emplear predicciones de viento recibidas remotamente.
Las condiciones de velocidad y temperatura en que el sistema será eficaz dependen en cierta medida del espesor de la capa de hielo. Así, en un ejemplo de realización el método comprende realizar previamente una etapa de cuantificación del espesor de la capa de hielo para aumentar la eficacia del método disminuyendo el consumo.
En este caso, el método incluye:
-una etapa de cuantificación del espesor de la capa de hielo,
-una etapa de determinación de las condiciones de velocidad de viento y temperatura en que se puede eliminar el hielo en función del espesor.
De esta manera, en función del resultado de la etapa de comparación de las condiciones de velocidad de viento y temperatura previstas para el ciclo de calentamiento con respecto a las condiciones determinadas en función del espesor de velocidad de viento y temperatura en que se puede eliminar el hielo, en la etapa de activación del sistema de calentamiento se activará el sistema de calentamiento o no.
A partir de un umbral de espesor de la capa de hielo (o de pérdidas de potencia) elevado y si el sistema no es capaz de eliminar el hielo con el aerogenerador en operación, se para el rotor del aerogenerador para activar el sistema de calentamiento. Esto es así porque si está girando el rotor la velocidad relativa del aire que rodea la pala es mucho mayor y esto reduce la efectividad del calentamiento. Por encima de ese umbral, si el sistema es eficaz, se activa el sistema con el aerogenerador en operación, es decir con el rotor girando.
En una realización, el sistema de control del aerogenerador tiene implementadas en su algoritmo de control diferentes curvas (o tablas) en las que se definen condiciones de velocidad de viento frente a temperatura en que el sistema de calentamiento es eficaz. Dichas curvas son diferentes en función de si el aerogenerador está en operación o parado, y en función del espesor de hielo y se emplean para llevar a cabo la comparación las condiciones de velocidad y temperatura previstas para el ciclo de calentamiento con respecto a las condiciones de velocidad de viento y temperatura en que el sistema es eficaz y poder determinar si el sistema de calentamiento será eficaz.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva de un aerogenerador no siendo parte de la invención reivindicada.
Figura 2.- Muestra una gráfica en la que se determina la masa de hielo generada sobre una pala a diferentes posiciones radiales, no siendo parte de la invención reivindicada.
Figura 3.- Muestra una vista en sección de una pala del aerogenerador no siendo parte de la invención reivindicada, con los sensores de temperatura de la estación de control y se han representado los valores empleados para el cálculo del espesor del hielo en la superficie de la pala.
Figura 4.- Muestra una gráfica en la que se representa una tabla de resultados de idoneidad de activación o no del sistema de calentamiento con el aerogenerador en activo de acuerdo a la presente invención; y
Figura 5.- Muestra una gráfica en la que se representa una tabla de resultados de idoneidad de activación o no del sistema de calentamiento con el aerogenerador parado de acuerdo a la presente invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A continuación se describen, con ayuda de las figuras 1 a 5, unos ejemplos de realización de la presente invención y algunos ejemplos de realización no reivindicados.
Como se ha descrito previamente, uno de los problemas que presentan los aerogeneradores es que, bajo ciertas condiciones climáticas, tienden a generarse masas de hielo en las palas (3). Con el fin de eliminar el hielo ya depositado sobre las palas (3), el aspecto no reivindicado de la invención contempla un aerogenerador con capacidad para eliminar hielo en las palas así como un método para eliminación de hielo en aerogeneradores.
La figura 1 muestra un ejemplo de aerogenerador de acuerdo a un ejemplo de realización no reivindicado de la presente invención. En concreto, este aerogenerador comprende un rotor con al menos dos palas (3), un sistema de control, medios de detección de la presencia de hielo en las palas y un sistema de calentamiento con al menos un elemento calefactor (31) configurado para llevar a cabo una etapa de calentamiento de al menos una de las palas.
El sistema de control comprende al menos una rutina de eliminación de hielo que comprende las siguientes etapas:
-una etapa de calentamiento de al menos una de las palas (3);
-una etapa de inducción de un movimiento en al menos una de las palas, a partir de ahora denominada etapa de eliminación de hielo mecánica.
El rotor comprende al menos un buje al que se unen las palas (3) mediante rodamientos que permiten la modificación del ángulo de pitch de pala mediante unos actuadores.
Preferentemente la etapa de calentamiento de al menos una de las palas (3) se realiza parcialmente antes que la etapa de eliminación de hielo mecánica, y al menos durante al menos un tiempo determinado. Transcurrido dicho tiempo se lleva a cabo la etapa de eliminación de hielo mecánica contribuyendo a eliminar los restos de hielo fomentando la aparición de vibraciones en la pala (3). Mediante la inducción de un movimiento en la pala (3) se puede lograr que la capa de hielo se fracture perpendicularmente a la superficie del perfil de la pala y se desprenda el hielo de la zona crítica en la que al menos parte de la masa de hielo más cercana a la superficie calentada se ha derretido o ablandado.
Tal y como se aprecia en la figura 2 (ejemplo de realización no reivindicado de la invención), existen ciertas zonas de las palas (3) que son más susceptibles a la generación y/o acumulación de hielo. Es a estas zonas a donde conviene conducir el calor generado por el elemento calefactor (31) del sistema de calentamiento. El elemento calefactor pueden ser por ejemplo unas resistencias calefactoras, o puede ser cualquier medio de calentamiento conocido de la técnica.
La figura 1 muestra una zona crítica en la que se ha determinado que conviene disponer de un elemento calefactor (31), esta zona crítica es la zona distal de la pala (3) ya que se ha concluido que se deposita más hielo en las zonas con mayor velocidad de viento relativa.
Sin embargo, la resistencia térmica a lo largo de la superficie de la pala (3) es variable, dependiendo sobre todo del espesor de las conchas y de los materiales empleados en su fabricación y por ello pueden existir zonas en que la capa de hielo en contacto con ella se derrita y zonas del mismo perfil en que siga helada. La presencia de dichas zonas aún heladas evita que el hielo se desprenda pese a que haya otras zonas en las que la capa en contacto con la pala ya se haya derretido.
La etapa de eliminación de hielo mecánica se puede llevar a cabo mediante dos tipos de órdenes enviadas desde el sistema de control:
-órdenes de modificación del giro del rotor del aerogenerador enviadas por el sistema de control que pueden ser órdenes de aceleración y de frenado del rotor,
-órdenes de modificación del pitch de las palas enviadas por el sistema de control.
El aerogenerador comprende medios de detección de la presencia de hielo en sus palas que se seleccionan entre:
-un algoritmo de comparación entre una señal indicativa de la potencia generada y una señal de potencia esperada a la velocidad de viento medida (o de incoherencia entre las señales medidas de velocidad de viento y de potencia), -unos equipos de estimación de la frecuencia propia de cada pala (3) en base a unas medidas de acelerómetros y comparación con respecto a la frecuencia propia sin hielo,
-sensores de detección de hielo mediante ultrasonidos o capacitivos ubicados en el interior de la pala (3), o por ejemplo un sensor infrarrojo de detección de la presencia de una masa en la parte distal de la pala (3),
-un algoritmo de estimación de la presencia de hielo y del espesor del mismo,
-medios de comparación entre una potencia consumida predeterminada y una potencia media consumida por el sistema de calentamiento.
En otro ejemplo de realización no reivindicado, se lleva a cabo la detección de la presencia de hielo mediante una secuencia de arranque del aerogenerador en la que se compara la aceleración lograda en el estado actual de las palas (3) con una aceleración de referencia que se toma con las palas en condiciones normales (por efecto de la presencia de hielo en las palas el rotor tiene menos eficiencia aerodinámica y la aceleración será menor).
En una realización no reivindicada, el aerogenerador comprende, en la estación de control los siguientes sensores:
-un sensor de la temperatura de la pared interior de la pala en una zona del borde de ataque para determinar un valor (T1) de temperatura en el interior de la pala en el borde de ataque;
-un sensor de la temperatura del aire interno, para determinar un valor (Tai) de temperatura en el interior de la pala; y
-un sensor de la temperatura de la pared de la pala en una zona donde no se suele depositar el hielo de manera habitual para determinar un valor (T2) de temperatura de la pared de la pala en una zona en la que no hay hielo.
En la realización no reivindicada en la que la detección de presencia de hielo se realiza mediante un algoritmo de estimación de la presencia de hielo en las palas, dicho algoritmo emplea una programación matemática basada en la analogía eléctrica del problema térmico de transmisión de calor que emplea al menos los siguientes parámetros:
-Resistencia de conducción (Rcond) a través de las paredes de la pala. Se calcula en los puntos en los que están dispuestos los sensores previamente descritos (puntos 1 y 2 mostrados en la figura 3) para obtener (RcondK1) y (RcondK2).
-Resistencia de convección interior (Rconvi). Se considera conocido (caracterizado a partir de un modelo de cálculo por elementos finitos, como por ejemplo un modelo CFD (computational fluiddynamics) (se considera de igual valor en los puntos 1 y 2).
A partir de dichos parámetros y de los valores medidos de (T1), (T2) y (Tai) se procede al cálculo de las siguientes variables:
-Cálculo de los flujos de calor a través de la superficie exterior de la pala en los puntos 1 y 2 (variables q1 y q2) a partir del gradiente entre la temperatura del aire en interior de la pala y la temperatura de la superficie interior de la pala medida en dichos puntos 1 y 2 de la estación de control de la pala ((T1-Tai) y (T2-Tai) respectivamente). -Cálculo de la resistencia de convección exterior (Rconve). El cálculo de éste valor se realiza a partir del gradiente térmico entre la temperatura del aire en el interior de la pala (Tai) y la temperatura ambiente (Tae), y el valor calculado previamente para (q2). Se supone igual para ambos puntos del perfil de la pala en los puntos 1 y 2 de la estación de control de la pala.
-Cálculo de la resistencia térmica del hielo en el borde de ataque a partir del gradiente térmico entre la temperatura del aire interior de la pala y la temperatura ambiente, y de los valores calculados de (q1) y de la (Rconve).
-Cálculo de la temperatura en la superficie exterior de la pala en el borde de ataque de la pala a partir de los valores anteriores.
El cálculo de (Rhielo) se realiza en base a las siguientes fórmulas para el cálculo de dos parámetros dependientes de las condiciones de temperatura en la pala:
Tai —T1 Tai — Tae
q 1 =
------------= -------------------------------------------------------
Rconvi Rconvi RcondK 1 Rhielo Rconve
Tai — T2 Tai — Tae
q2 =
------------= ------------------------------------------
Rconvi Rconvi RcondK2 Rconve
En la figura 3 se ha representado una sección de una pala del aerogenerador de acuerdo a un ejemplo de realización no reivindicado de la presente invención para mostrar la colocación de los diferentes sensores que hay en dicha pala. Se muestran también los diferentes parámetros necesarios para el cálculo del espesor de la capa de hielo. Más concretamente el cálculo del espesor de la capa de hielo se realiza en base a la siguiente fórmula:
e = Rhielo
*
Khielo
donde (Khielo) es la constante de conductividad del hielo y (Rhielo) es la resistencia térmica de una pared de la pala proclive a la formación de hielo (generalmente el borde de ataque de la pala).
Asimismo, un ejemplo no reivindicado es un método de eliminación de hielo de un aerogenerador del tipo que comprende:
-un rotor con al menos dos palas;
-un sistema de controlador del aerogenerador; y
-medios de detección de la presencia de hielo en las palas;
-un sistema de calentamiento con al menos un elemento calefactor (31) conectado con el sistema de control y configurado para llevar a cabo una etapa de calentamiento de al menos una de las palas,
dicho método comprendiendo las etapas de:
-detección de la presencia de hielo en al menos una de las palas;
y una vez detectada la presencia de hielo, comprende activar al menos una rutina de eliminación de hielo que comprende a su vez las siguientes etapas:
-una etapa de calentamiento de al menos una de las palas;
-una etapa de eliminación de hielo mecánica en al menos dicha pala.
La etapa de calentamiento comprende al menos la activación del al menos un elemento calefactor. La etapa de eliminación de hielo mecánica en al menos dicha pala se realiza preferentemente tras la etapa de calentamiento.
Por tanto, se ha determinado que disponer de un método de eliminación de hielo que, en primer lugar, realice un calentamiento de al menos una zona de la pala (3) para reducir la adherencia de la masa de hielo a la pala (3) y, posteriormente, realice una etapa de eliminación de hielo mecánica en dicha pala, es especialmente ventajoso puesto que consume menos energía que calentar hasta esperar que el hielo se derrita y a su vez tiene una mayor eficacia que ejecutar exclusivamente movimientos para remover mecánicamente el hielo.
El método de eliminación de hielo está destinado a realizarse en un aerogenerador del tipo de los que comprenden un rotor con al menos dos palas, un sistema de control, medios de detección de la presencia de hielo en al menos una de las palas (3) y un sistema de calentamiento con un elemento calefactor (31) conectado con el sistema de control y configurado para llevar a cabo una etapa de calentamiento de al menos una de las palas.
El elemento calefactor (31) es parte del sistema de calentamiento y puede ser cualquier elemento calefactor (31) de los conocidos en la técnica y su activación se realiza, preferentemente, mediante una orden dada por el sistema de control.
Es importante que el calentamiento de, al menos, la zona crítica de la pala (3) se mantenga durante un tiempo suficiente para descongelar parte de la masa de hielo. Cuanto mayor sea el tiempo en que se mantenga el calentamiento menor será la adherencia del hielo a la pala (3).
En cuanto al tiempo establecido, este tiempo puede ser determinado previamente y almacenado en el controlador o, alternativamente, teniendo en cuenta los datos obtenidos en la etapa a) y, en dependencia de la cantidad de hielo dispuesta en las palas (3), se puede determinar el tiempo que se debe mantener el calentador activado y/o la potencia de calentamiento a aplicar. En un ejemplo de realización no reivindicado, las etapas de calentamiento de al menos una de las palas y etapa de eliminación de hielo mecánica en al menos dicha pala se realizan de forma simultánea, es decir, al mismo tiempo se mantiene activado el sistema de calefacción y se induce un movimiento mecánico a la pala. En otro ejemplo de realización no reivindicado, la etapa de inducción de movimiento a la pala se realiza después de la etapa de activación del sistema de calentamiento cuando ya se ha desactivado dicho sistema de calentamiento.
La etapa de eliminación de hielo mecánica en las palas se puede ejecutar mediante dos tipos de órdenes enviadas desde el sistema de control:
-órdenes de giro de rotor del aerogenerador, que puede comprender a su vez órdenes de frenado y aceleración del rotor, u
-órdenes de modificación de ángulo de pitch de las palas mediante la actuación del sistema de cambio de paso de pala.
Estas órdenes pueden estar seleccionadas entre:
-Realizar un movimiento de pala modificando el ángulo de pitch de las palas mediante una aceleración y una deceleración controladas. La deceleración es alta para simular un golpe seco que induzca vibraciones en la pala y contribuya así a que se fracture y/o desprenda la capa de hielo.
-Realizar una secuencia de arranque del rotor del aerogenerador, de manera que el rotor comience a girar tras la etapa de calentamiento.
-Realizar un movimiento de pala modificando el ángulo de pitch de las palas siendo dicho movimiento, preferentemente, un movimiento reiterativo de la pala pitch entre ángulos de pitch entre 90o y 30o.
De acuerdo a un aspecto reivindicado de la invención, la presente invención propone un método de control de un aerogenerador que comprende un rotor con al menos dos palas, un sistema de control del aerogenerador y un sistema de calentamiento con al menos un elemento calefactor conectado con el sistema de control y configurado para llevar a cabo una etapa de calentamiento de al menos una de las palas. El método comprende una etapa de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento.
En un ejemplo de realización el sistema de calentamiento se mantiene activo siempre que se detecte la presencia de hielo en la pala correspondiente y la temperatura superficial de la pala en una zona con hielo (T1) sea superior por ejemplo a -2°C, preferentemente superior a 0°C.
La presencia de hielo se puede determinar de las diferentes maneras descritas anteriormente. Cuando se ha detectado que sí hay hielo en al menos una de las palas del aerogenerador, en la etapa de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento comprende una subetapa de determinación del espesor de la capa de hielo.
Durante la etapa de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento se determina la activación del sistema de calentamiento cuando el espesor de la capa de hielo es mayor que un espesor predeterminado. Asimismo, durante la etapa de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento se determina la desactivación del sistema de calentamiento cuando el espesor de la capa de hielo es menor que un espesor predeterminado.
En otro ejemplo de realización, durante la etapa de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento se determina la activación del sistema de calentamiento cuando la temperatura ambiente y la velocidad de viento incidente sobre la pala
coinciden con una temperatura ambiente y velocidad de viento proclives para la formación de hielo en la pala.
La etapa de estimación de la efectividad del sistema del calentamiento según el método incluye llevar a cabo las siguientes subetapas:
-una etapa de determinación de unas condiciones de velocidad de viento y temperatura previstas para el ciclo de calentamiento;
-una etapa de comparación de las condiciones previstas para el ciclo de calentamiento de velocidad de viento y temperatura con respecto a unas condiciones de velocidad de viento y temperatura en que el sistema de calentamiento sería eficaz.
Si la etapa de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento da como resultado que el sistema de calentamiento sería eficaz para los fines perseguidos, se lleva a cabo una etapa de activación del sistema de calentamiento.
La etapa de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento evalúa la posibilidad de eliminar o prevenir el hielo en las condiciones de operación de la turbina para decidir si se activa o no la rutina de calentamiento de la pala. La activación del sistema de calentamiento solo se produce si el calentamiento puede ser efectivo para prevenir la formación de hielo o eliminarlo tras su adhesión a la pala en función de cuál sea el propósito que se persiga.
Las condiciones ambientales en que el sistema es eficaz (para ambos modos, es decir para de-icing y anti-icing) dependen de si el aerogenerador está en operación o no ya que si está en operación se reduce la eficacia del sistema de calentamiento. Por ejemplo, las condiciones ambientales en que el sistema es eficaz se dan en forma de tabla o gráfico o cualquier otra forma. El algoritmo de control incluye en su programación una tabla o gráfico para funcionamiento como deicing o anti-icing.
La etapa de detección de la presencia de hielo o de condiciones proclives a la formación de hielo en las palas de manera que, si se detectan dichas condiciones, se procede a efectuar la etapa de estimación de la efectividad del sistema del calentamiento.
En la figura 4 se muestran diferentes curvas en las que se representan valores de temperatura ambiente en función de la velocidad de viento por encima de las cuales el sistema de calentamiento es efectivo cuando el aerogenerador está en operación. Como se ha dicho, las condiciones de velocidad y temperatura en que el sistema será eficaz dependen en cierta medida del espesor de la capa de hielo. Así, cada una de estas curvas corresponde a las condiciones de velocidad de viento y temperatura por encima de las cuales el sistema de calentamiento es eficaz para diferentes condiciones de hielo depositado sobre el perfil. En el eje x se ha representado la velocidad de viento y en el eje y se ha representado la temperatura.
Para el funcionamiento del sistema de calentamiento en modo anti-icing la etapa de estimación de la efectividad del sistema del calentamiento según el método incluye llevar a cabo las siguientes etapas:
-una etapa de determinación de unas condiciones de velocidad de viento y temperatura a las que se puede prevenir la formación de hielo;
-una etapa de comparación de las condiciones de velocidad de viento y temperatura previstas para el ciclo de calentamiento con respecto a unas condiciones de velocidad de viento y temperatura en que se puede prevenir la formación de hielo;
-una etapa de activación del sistema de calentamiento si la comparación entre las condiciones de velocidad y temperatura con respecto a las condiciones de velocidad de viento y temperatura en que se puede prevenir la formación de hielo dan como resultado que el sistema de calentamiento sería eficaz.
La primera curva que se aprecia en la figura 4 (representada con una línea de puntos) se emplea para determinar si el sistema sería efectivo como anti-icing cuando el aerogenerador está en operación y no hay hielo depositado en el perfil pero sí hay condiciones proclives a la formación de hielo.
El sistema de calentamiento se activa en modo de-icing cuando se ha detectado que no sería eficaz como anti-icing pero las condiciones proclives a la formación de hielo persisten y finalmente se detecta la presencia de hielo. En este caso se llevará a cabo una etapa de estimación de la efectividad del sistema del calentamiento para su operación en modo de-icing (para eliminación de hielo).
Así, la etapa de estimación de la efectividad del sistema del calentamiento según el método incluye, para el funcionamiento en modo de-icing, llevar a cabo las siguientes etapas:
-una etapa de determinación de las condiciones de velocidad de viento y temperatura en que se puede eliminar el hielo;
-una etapa de determinación de las condiciones de velocidad de viento y temperatura previstas para los próximos instantes;
-una etapa de comparación de las condiciones de velocidad y temperatura con respecto a las condiciones de velocidad de viento y temperatura en que se puede eliminar el hielo;
-una etapa de activación del sistema de calentamiento si la comparación entre las condiciones de velocidad y temperatura con respecto a las condiciones de velocidad de viento y temperatura en que se puede eliminar e dan como resultado que el sistema de calentamiento sería eficaz.
Las restantes curvas de la figura 4 se corresponden con la eficacia del sistema de calentamiento en modo de-icing cuando el aerogenerador está en operación (con el rotor girando). Las diferentes curvas representan diferentes condiciones de hielo en la superficie de la pala (las curvas se corresponden con una cantidad leve, una cantidad moderada y una cantidad severa de hielo, respectivamente representadas con línea de trazos, línea de trazo y punto y línea continua). Una vez estimado cuánto hielo hay, se selecciona la curva más representativa y se comparan las condiciones ambientales previstas para el ciclo de calentamiento con las condiciones en las que el sistema es eficaz.
Alternativamente se puede seleccionar una única curva media representativa para todos los casos de hielo y emplear esa única curva si se detecta hielo y no se dispone de medios para cuantificar cuánto hielo hay hay.
En la figura 5 se han representado las curvas correspondientes con la eficacia del sistema de calentamiento cuando el aerogenerador está en pausa (el rotor parado). Se han representado las curvas que se corresponden con las condiciones de no presencia de hielo, presencia de hielo leve, presencia de hielo moderada y presencia de hielo severa, identificadas de la misma manera que en la gráfica de la figura 4.
La etapa de determinación de las condiciones de velocidad de viento y temperatura previstas para el ciclo de calentamiento (i.e. para los próximos instantes en que se ejecutará potencialmente el ciclo de calentamiento), bien sea como anti-icing o como de-icing, comprende uno de los siguientes métodos para la obtención de dichas condiciones:
-medir la velocidad de viento y la temperatura ambiente actuales y asumir que las condiciones de velocidad de viento y temperatura en los próximos instantes serán similares a las actuales;
-medir la velocidad de viento y la temperatura actuales, y estimar los valores de velocidad de viento y temperatura previstos para los próximos instantes a partir de tendencias de velocidad de viento y la temperatura observadas en instantes anteriores (las pasadas horas, días, etc.);
-medir el histórico de la velocidad de viento y la temperatura de los instantes anteriores y estimar los valores de velocidad de viento y temperatura previstos para los próximos instantes a partir de ellos;
-recibir predicciones de la velocidad de viento y la temperatura previstos para los próximos instantes, por ejemplo, desde un centro de control remoto del parque o desde una estación meteorológica.
Como se he explicado, las condiciones de velocidad y temperatura en que el sistema será eficaz dependen en cierta medida del espesor de la capa de hielo. En este caso, el aerogenerador comprende medios para estimar el espesor o cantidad de hielo depositado sobre las palas y el método incluye:
-una etapa de cuantificación del espesor de la capa de hielo,
-una etapa de determinación de las condiciones de velocidad de viento y temperatura en que se puede eliminar el hielo en función del espesor.
Se activará el sistema de calentamiento, si la comparación entre las condiciones de velocidad y temperatura con respecto a las condiciones de velocidad de viento y temperatura dan como resultado que el sistema de calentamiento sería eficaz.
A partir de un umbral de espesor de la capa de hielo (o de pérdidas de potencia) elevado y si el sistema no es capaz de eliminar el hielo con el aerogenerador en operación, se para el rotor del aerogenerador para activar el sistema de calentamiento. Por encima de ese umbral, si el sistema es eficaz, se activa el sistema con el aerogenerador en operación, es decir con el rotor activado.
Claims (10)
1. - Método de control de un aerogenerador, el aerogenerador del tipo que comprende:
- un rotor con al menos dos palas;
- un sistema de control del aerogenerador;
- un sistema de calentamiento que comprende un elemento calefactor conectado con el sistema de control y configurado para llevar a cabo un calentamiento de al menos una de las palas;
donde el método comprende una etapa donde se detecta la presencia de hielo o de condiciones proclives a la formación de hielo en las palas,
una etapa de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento, y
una etapa de activación del sistema de calentamiento,
donde si se detecta la presencia de hielo o de condiciones proclives a la formación de hielo en las palas, se lleva a cabo la etapa de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento, y donde la etapa de activación del sistema de calentamiento se lleva a cabo después de la etapa de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento solamente si la etapa de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento da como resultado que el sistema de calentamiento es efectivo para prevenir la formación de hielo en modo anti-icing o para eliminar el hielo en modo de-icing del aerogenerador, donde el sistema de calentamiento es efectivo cuando los valores de velocidad del viento y temperatura ambiente actualmente medidos están por encima de una curva que representa los valores de temperatura ambiente de acuerdo a los valores de velocidad de viento predeterminados previstos para prevenir la formación de hielo en el modo anti-icing o para eliminar el hielo en modo de-icing del aerogenerador.
2. - Método de control de un aerogenerador según la reivindicación 1 en el que la etapa de estimación de la efectividad del sistema del calentamiento según el método incluye llevar a cabo las siguientes subetapas:
- una etapa de determinación de unas condiciones de velocidad de viento y temperatura previstas para el ciclo de calentamiento;
- una etapa de comparación de las condiciones de velocidad de viento y temperatura previstas para el ciclo de calentamiento con respecto a unas condiciones de velocidad de viento y temperatura en que el sistema de calentamiento sería eficaz.
3. - Método de control según la reivindicación 1 en el que la etapa de estimación de la efectividad del sistema del calentamiento incluye llevar a cabo las siguientes subetapas:
- una etapa de determinación de unas condiciones de velocidad de viento y temperatura en que el sistema de calentamiento es eficaz;
- una etapa de determinación de unas condiciones de velocidad de viento y temperatura previstas para el ciclo de calentamiento;
- una etapa de comparación de las condiciones de velocidad de viento y temperatura previstas para el ciclo de calentamiento con respecto a unas condiciones de velocidad de viento y temperatura en que el sistema de calentamiento es eficaz.
4. - Método de control según la reivindicación 1 que comprende una etapa para detectar la presencia de hielo o de condiciones favorables para la presencia de hielo antes de la etapa de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento.
5. - Método de control según la reivindicación 1 que comprende una etapa de cuantificación del espesor de la capa de hielo y la etapa de determinación de las condiciones de velocidad de viento y temperatura en las que se puede eliminar el hielo tiene en cuenta el espesor de la capa de hielo.
6. - Sistema de control de un aerogenerador, el aerogenerador del tipo que comprende:
- un rotor con al menos dos palas;
- un sistema de calentamiento que comprende un elemento calefactor conectado con el sistema de control y configurado para llevar a cabo un ciclo de calentamiento de al menos una de las palas;
donde el sistema comprende:
- medios para detectar la presencia de hielo o de condiciones proclives a la formación de hielo en las palas, - medios de estimación la efectividad del sistema de calentamiento, y
- medios de activación del sistema de calentamiento,
donde, en uso, si la presencia de hielo o de condiciones proclives a la formación de hielo en las palas son detectadas, los medios de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento son activados, y los medios de activación del sistema de calentamiento están configurados para ser activados después de los medios de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento solamente si los medios de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento dan como resultado que el sistema de calentamiento es efectivo para prevenir la formación de hielo en modo anti-icing o para eliminar el hielo
en modo de-icing del aerogenerador, donde el sistema de calentamiento es efectivo cuando los valores de velocidad del viento y temperatura ambiente actualmente medidos están por encima de una curva que representa los valores de temperatura ambiente de acuerdo a los valores de velocidad de viento predeterminados previstos para prevenir la formación de hielo en el modo anti-icing o para eliminar el hielo en modo de-icing del aerogenerador.
7. - Sistema de control de un aerogenerador según reivindicación 6, donde los medios de estimación de la efectividad del sistema de calentamiento están configurados para determinar los valores de velocidad de viento y temperatura ambiente previstos para el sistema de calentamiento para prevenir la formación de hielo en el modo anti-icing o para eliminar el hielo en modo de-icing del aerogenerador y además para comparar los valores de velocidad de viento y temperatura ambiente medidos con respecto a unos valores de velocidad de viento y temperatura ambiente previamente determinados.
8. - Sistema de control de un aerogenerador según reivindicación 6 que comprende medios de detección de hielo configurados para detectar la presencia de hielo o de condiciones favorables a la presencia de hielo.
9.- Sistema de control de un aerogenerador según reivindicación 6 que comprende medios de detección de hielo configurados para cuantificar un espesor de una capa de hielo.
10. Un aerogenerador que comprende el sistema de control descrito en cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP15382548.4A EP3165766B1 (en) | 2015-11-06 | 2015-11-06 | Wind turbine and method for ice removal in wind turbines |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2895709T3 true ES2895709T3 (es) | 2022-02-22 |
Family
ID=55024043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES15382548T Active ES2895709T3 (es) | 2015-11-06 | 2015-11-06 | Aerogenerador y método de eliminación de hielo en aerogeneradores |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US20170226990A1 (es) |
| EP (1) | EP3165766B1 (es) |
| DK (1) | DK3165766T3 (es) |
| ES (1) | ES2895709T3 (es) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DK3394439T3 (da) * | 2015-12-23 | 2022-03-14 | Vestas Wind Sys As | Forbedret elektro-termisk opvarmning |
| DE102015122933A1 (de) * | 2015-12-29 | 2017-07-13 | fos4X GmbH | Verfahren zum Ermitteln eines Werts für eine Eisansatzmenge an mindestens einem Rotorblatt einer Windkraftanlage und dessen Verwendung |
| CN108119319B (zh) * | 2016-11-29 | 2020-02-11 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 风力发电机组叶片结冰状态识别方法及装置 |
| DE102017010609A1 (de) * | 2017-11-16 | 2019-05-16 | Senvion Gmbh | Verfahren und System zum Erkennen eines Vereisungszustands einer Windenergieanlage |
| CN108180120A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-06-19 | 湖北三江航天红阳机电有限公司 | 一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法和装置 |
| CN108167142A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-06-15 | 湖北三江航天红阳机电有限公司 | 一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法和装置 |
| CN108412696B (zh) * | 2018-03-08 | 2023-12-12 | 国网山东省电力公司德州供电公司 | 含储能的风电场功率、电压调控系统及其容量配置优化方法 |
| DE102018116941B4 (de) | 2018-07-12 | 2022-10-06 | fos4X GmbH | Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen der Anlagerung oder der Eisart von Eis an einem Rotorblatt eines Rotors einer Windkraftanlage |
| CA3123700A1 (en) * | 2018-12-20 | 2020-06-25 | Vestas Wind Systems A/S | Improvements relating to wind turbine blade anti-ice systems |
| CN116057275A (zh) * | 2020-06-19 | 2023-05-02 | 维斯塔斯风力系统集团公司 | 用于风力涡轮机的控制器和方法 |
| DE102020118646A1 (de) * | 2020-07-15 | 2022-01-20 | Weidmüller Monitoring Systems Gmbh | Vorrichtung zum Erkennen eines Eisansatzes an Rotorblättern einer Windenergieanlage und Verfahren zum Anlernen einer derartigen Vorrichtung |
| CN112727712A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-30 | 大唐贵州新能源开发有限公司 | 一种风机叶片防除冰加热控制系统及方法 |
| CN113357104B (zh) * | 2021-07-23 | 2022-09-02 | 北京质为科技有限公司 | 多用途自动除冰机器人系统与有除冰需要的设备 |
| EP4181388A1 (en) | 2021-11-10 | 2023-05-17 | General Electric Renovables España S.L. | Wind turbine and method of operating a wind turbine |
| EP4191059A1 (en) * | 2021-12-01 | 2023-06-07 | Wobben Properties GmbH | Method for controlling heating of rotor blades of a wind turbine |
| EP4194685B1 (en) | 2021-12-07 | 2025-10-15 | General Electric Renovables España S.L. | A method for operating a wind turbine and a wind turbine |
| EP4198300A1 (en) | 2021-12-17 | 2023-06-21 | Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation & Technology S.L. | Method for starting up a wind turbine |
| EP4299901A1 (de) * | 2022-06-30 | 2024-01-03 | Wobben Properties GmbH | Verfahren zum enteisen wenigstens eines rotorblattes einer windenergieanlage |
| PL4317683T3 (pl) * | 2022-08-05 | 2025-07-07 | General Electric Renovables España S.L. | Określanie stanu łopaty turbiny wiatrowej |
| CN115523107B (zh) * | 2022-10-25 | 2025-11-21 | 湖南防灾科技有限公司 | 风机叶片的防冰除冰系统及控制方法、控制装置和控制器 |
| CN115450865A (zh) * | 2022-10-27 | 2022-12-09 | 中广核风电有限公司 | 一种风电机组叶片防冰系统 |
| CN116378914B (zh) * | 2023-04-25 | 2025-04-29 | 湖南防灾科技有限公司 | 用于防止风机叶片覆冰的方法、处理器及系统 |
| CN116498505B (zh) * | 2023-05-09 | 2025-11-11 | 华能威宁风力发电有限公司 | 一种风机叶片覆冰监测传感器布置方法 |
| CN117072389A (zh) * | 2023-08-16 | 2023-11-17 | 华能国际电力股份有限公司重庆清洁能源分公司 | 一种高山风机及风电叶片向光融冰方法 |
| CN120193967B (zh) * | 2025-05-26 | 2025-10-28 | 华能山西综合能源有限责任公司 | 一种具有融冰功能的风力发电机 |
| CN120402313B (zh) * | 2025-07-03 | 2025-10-17 | 深圳慧能智达科技有限公司 | 一种风力发电机组叶片覆冰预控方法及系统 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2198156B1 (en) * | 2007-10-05 | 2011-08-24 | Vestas Wind Systems A/S | A method for de-icing a blade of a wind turbine, a wind turbine and use thereof |
| WO2010150399A1 (ja) * | 2009-06-26 | 2010-12-29 | 三菱重工業株式会社 | 風力発電装置及びその制御方法 |
| US20100119370A1 (en) * | 2009-11-17 | 2010-05-13 | Modi Vivendi As | Intelligent and optimized wind turbine system for harsh environmental conditions |
| GB2481416A (en) | 2010-06-22 | 2011-12-28 | Vestas Wind Sys As | Wind turbine blade de-icing system based on shell distortion |
| US9567869B2 (en) * | 2010-06-30 | 2017-02-14 | Vestas Wind Systems A/S | Wind turbine system for detection of blade icing |
| CN102003353B (zh) * | 2010-12-10 | 2012-05-23 | 重庆大学 | 大型风力发电机叶片除冰方法 |
| ITMI20110329A1 (it) * | 2011-03-02 | 2012-09-03 | Wilic Sarl | Aerogeneratore provvisto di dispositivi antighiaccio e metodo per prevenire la formazione di ghiaccio su pale di un aerogeneratore |
| US8292579B2 (en) | 2011-11-03 | 2012-10-23 | General Electric Company | Method and system for deicing wind turbine rotor blades with induced torque |
| EP2615302B1 (de) * | 2012-01-10 | 2015-09-02 | Nordex Energy GmbH | Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage, bei dem auf Grundlage meteorologischer Daten eine Vereisungsgefahr ermittelt wird, und Windenergieanlage zur Ausführung des Verfahrens |
| EP2626557A1 (en) * | 2012-02-08 | 2013-08-14 | Siemens Aktiengesellschaft | De-icing a rotor blade in dependence of a chill-factor |
| EP2917107B1 (en) * | 2012-11-08 | 2017-08-30 | Saab Ab | De-icing arrangement and method for de-icing a structural element |
| EP2826993B1 (de) * | 2013-07-17 | 2017-04-12 | ADIOS Patent GmbH | Windenergieanlagenrotorblattenteisungsverfahren sowie Windenergieanlagenrotorblattenteisungssystem |
-
2015
- 2015-11-06 DK DK15382548.4T patent/DK3165766T3/da active
- 2015-11-06 ES ES15382548T patent/ES2895709T3/es active Active
- 2015-11-06 EP EP15382548.4A patent/EP3165766B1/en active Active
-
2016
- 2016-11-17 US US15/354,064 patent/US20170226990A1/en not_active Abandoned
-
2020
- 2020-08-07 US US16/987,935 patent/US11703035B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3165766B1 (en) | 2021-06-30 |
| EP3165766A1 (en) | 2017-05-10 |
| US20170226990A1 (en) | 2017-08-10 |
| US11703035B2 (en) | 2023-07-18 |
| US20200370540A1 (en) | 2020-11-26 |
| DK3165766T3 (da) | 2021-08-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2895709T3 (es) | Aerogenerador y método de eliminación de hielo en aerogeneradores | |
| EP2389314B1 (en) | Icing sensor system and method | |
| CN107100803B (zh) | 基于空气加热的风机叶片防冰、除冰系统 | |
| CN108474356B (zh) | 改进的电热加热 | |
| CA2908128C (en) | Method and apparatus for determining an icing condition status of an environment | |
| RU2012148902A (ru) | Способ эксплуатации ветроэнергетической установки | |
| ES2642417T3 (es) | Procedimiento para el funcionamiento de una planta de energía eólica con un dispositivo calefactor de pala de rotor | |
| WO2020082652A1 (zh) | 一种风电叶片除冰系统及其控制方法 | |
| JP2011252642A (ja) | 空気調和装置の室外ユニット | |
| EP3645880A1 (en) | Detecting water on a wind turbine using a temperature-controlled sensor | |
| CN113236512B (zh) | 一种优化的风力机叶片除冰方法 | |
| KR101997339B1 (ko) | 절전형 배관동파방지시스템 | |
| CN205117631U (zh) | 一种带热辐射装置的风电安装柱 | |
| Fakorede et al. | Experimental investigation of power requirements for wind turbines electrothermal anti-icing systems | |
| CN116658382B (zh) | 一种基于环境数据分析的风力发电扇叶除冰控制系统 | |
| US11390387B2 (en) | De-icing system and method | |
| CN215672566U (zh) | 叶片除冰系统 | |
| CN206694201U (zh) | 一种便携式风电叶片空气内循环加热除冰系统 | |
| JP6797029B2 (ja) | パワーコンディショナ | |
| CN116950857B (zh) | 一种预防风力发电机组叶片结冰的系统和方法 | |
| CN204572352U (zh) | 气热抗冰叶片上的温度感应装置 | |
| CN120251470A (zh) | 一种风力发电机组加热装置及方法 | |
| Liu et al. | Study on ice melting state changes and energy consumption in electrothermal anti-icing process of wind turbine blades | |
| CN121111635A (zh) | 一种风力叶片除冰装置及除冰方法 | |
| WO2024256752A1 (en) | A method and arrangement for controlling heating of a wind turbine blade |