PT1595076E

PT1595076E - Central de energia eólica com carris condutores

Info

Publication number: PT1595076E
Application number: PT03775316T
Authority: PT
Inventors: Aloys Wobben
Original assignee: Aloys Wobben
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2012-10-31
Also published as: NZ541555A; JP2009299689A; KR100702336B1; CA2514991C; ZA200505948B; JP2006514196A; DK1595076T3; US20060233645A1; EP1595076B1; ES2391890T3; BR0318080A; EP1595076A1; JP5438428B2; NO20054192L; CY1113111T1; JP4414347B2; BR0318080B1; AU2003283369B2; AU2003283369A1; NO332596B1

Description

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DESCRIÇÃO "CENTRAL DE ENERGIA EÓLICA COM CARRIS CONDUTORES" A invenção refere-se a uma central de energia eólica com uma torre constituída por vários segmentos de torre, com um gerador disposto na área da cabeça da torre para produzir corrente, com um módulo de potência e com meios de condução de corrente para a derivação da corrente produzida para fora da cabeça da torre. Conhecem-se, por exemplo, este tipo de centrais de energia eólica da DE 10 152 557. O módulo de potência elétrica de uma central de energia eólica, que engloba as unidades elétricas, como o transformador, os armários de distribuição, se necessário o inversor, a central de média tensão, a distribuição de baixa tensão, etc., encontra-se nas conhecidas centrais de energia eólica abaixo do plano do gerador e frequentemente na área da base da torre da central de energia eólica. Para isso ou para alguns destes componentes está, na maior parte das vezes, previsto um pequeno edifício próprio fora da central de energia eólica. Para transmitir para o módulo de potência, a energia elétrica produzida no gerador disposto dentro de uma nacela na área da ponta da torre, estão previstos meios de condução da corrente que percorrem, na maior parte das vezes, o interior da torre e são constituídos em forma de cabos. Estes cabos são inseridos na torre depois de esta ter sido instalada. Este processo é dispendioso, uma vez que os cabos têm de ser instalados, sobre toda a altura da torre, numa operação à parte. Além disso, esta operação depende da instalação anterior da torre. 2

Mas não é forçosamente necessário dispor o módulo de potência (completamente) na área da base da torre. São também, em principio, possíveis outras posições. Os meios de condução da corrente têm, por isso, de satisfazer, no essencial, a finalidade de evacuar para fora da cabeça da torre a corrente produzida e eventualmente previamente processada na área da cabeça da torre. A presente invenção tem por objetivo apresentar uma central de energia eólica que se consiga instalar mais facilmente e, por isso, também mais económica e rapidamente, e que não exija forçosamente um módulo de potência na área da base da torre.

Esta tarefa é conseguida em conformidade com a invenção pelo facto de os meios de condução da corrente estarem previamente montados, de forma segmentada, nos segmentos da torre e pelo facto de o módulo de potência se encontrar, pelo menos parcialmente, na área da cabeça da torre.

Deste modo, os segmentos dos meios de condução da corrente são pré-fabricados e são colocados nos segmentos da torre antes de instalar a torre a partir dos vários segmentos da torre. Deixa, assim, de ser necessário puxar, de forma dispendiosa, os cabos pela torre depois de instalar a torre. Através das medidas em conformidade com a invenção, é possível reduzir o tempo e os custos de instalação da central de energia eólica, sem ter de suportar quaisquer desvantagens técnicas.

Para evitar um módulo de potência disposto na área da base da torre, propõe-se ainda dispor o módulo de potência, pelo menos parcialmente, na área da cabeça da torre. Está preferencialmente previsto o módulo de potência estar 3 instalado - parcialmente ou totalmente - dentro da nacela. Noutra versão privilegiada está previsto o módulo de potência apresentar pelo menos duas unidades de módulos de potência, das quais uma se encontra na área da cabeça da torre e a outra por baixo da cabeça da torre, ou seja na área da base da torre ou afastada da base da torre. Os meios de condução da corrente estão essencialmente previstos para unir as duas unidades de módulos de potência.

As subreivindicações apresentam outras versões privilegiadas da central de energia eólica em conformidade com a invenção. Está preferencialmente previsto os segmentos dos meios de condução da corrente estarem firmemente unidos apenas numa área, de preferência na área superior no estado montado, ao respetivo segmento da torre. Esta fixação ao segmento da torre realiza-se preferencialmente antes da instalação da torre, de modo a que os segmentos da torre, inclusive os segmentos aí fixados dos meios de condução da corrente, sejam prefabricados. Uma vez que o segmento dos meios de condução da corrente está fixado na torre apenas num ponto, ele fica firmemente preso mas em certa medida móvel na parede interior do segmento da torre, podendo assim ainda ser alinhado para poder ser unido, de modo fácil e correto, aos próximos segmentos dos meios de condução da corrente do segmento da torre que se segue.

Para continuar a fixar os segmentos dos meios de condução da corrente dentro do segmento da torre podem ainda estar previstos elementos de retenção adicionais na parede interior da torre, com os quais os segmentos dos 4 meios de condução da corrente são fixamente unidos antes ou depois da instalação da torre, para os fixar muito bem.

Se os meios de condução da corrente forem constituídos como cabos, é possível dimensionar os comprimentos das secções de cabos nos segmentos da torre para contornar flanges ou peças que sobressaem da parede interior da torre, de modo a possibilitar facilmente o contorno destas áreas.

Na utilização de carris condutores como meios de condução da corrente podem estar previstos, para contornar peças que sobressaem da parede interior da torre e/ou para unir segmentos de carris condutores, calhas de união preferencialmente flexíveis. Após a instalação da torre, estas são utilizadas para unir os segmentos das carris condutores, desde que não cheguem diretamente umas às outras ou se for necessário ultrapassar lacunas ou outros obstáculos entre os segmentos de carris condutores, como por exemplo um flange no segmento da calha da torre.

De modo a, por um lado, proteger o pessoal de manutenção, ao subir a torre pelo seu espaço interior, contra o contacto com as carris condutores e assegurar um isolamento elétrico e, por outro lado, proteger os meios de condução da corrente contra danos, está prevista noutra versão um invólucro de proteção, sobretudo uma chapa de proteção, que está por exemplo fixamente unido à parede interior da torre e que protege os meios de condução da corrente totalmente contra contactos. Também este invólucro de proteção pode ser dividido em segmentos individuais, que estão pré-montados nos segmentos da torre, tal como os segmentos dos meios de condução da corrente. Daqui resulta 5 outra redução e simplificação da instalação da central de energia eólica. A invenção refere-se ainda também a um segmento da torre de uma central de energia eólica para uma torre constituída por vários segmentos de torre, que apresenta um gerador na área da cabeça da torre para produzir energia. 0 segmento da torre caracteriza-se pelo facto de ter previamente montado nele um segmento de meios de condução da corrente para derivar a corrente produzida para fora da cabeça da torre.

Passamos a descrever em pormenor a invenção por meio dos desenhos.

Nomeadamente: a Figura 1 apresenta uma central de energia eólica não pertencente à invenção, a Figura 2 apresenta um recorte de uma central de energia eólica destas com dois segmentos de torre, a Figura 3 apresenta uma perspetiva, em conformidade com a invenção, de carris condutores previstas, a Figura 4 apresenta uma primeira central de energia eólica em conformidade com a invenção, a Figura 5 apresenta uma segunda central de energia eólica não pertencente à invenção, e a Figura 6 apresenta uma terceira central de energia eólica não pertencente à invenção. A central de energia eólica 1 esquematicamente apresentada na Figura 1, que é descrita na patente alemã 10 152 557, possui uma torre 2 com uma fundação 3, uma nacela 4 rotativamente alojada na área da ponte da torre, bem 6 como, um módulo de potência 7 disposto na área da base da torre, por exemplo numa casinha à parte. Dentro da nacela 4 existe um rotor rotativamente alojado à volta de um eixo horizontal com várias pás de rotor 5, bem como, um gerador elétrico 6. Através das forças do vento que atuam sobre as pás do rotor 5, o rotor é colocado em rotação e impulsiona o gerador 6 para produzir energia elétrica.

Para transmitir a energia produzida pelo gerador 6 ao módulo de potência 7, que possui inúmeras unidades elétricas, como um transformador ou eventualmente um inversor para continuar a processar a corrente elétrica, antes de esta ser fornecida à rede ou reencaminhada para um consumidor, estão previstas no espaço interior 8 da torre 2 na parede carris condutores colocadas por meio de elementos de fixação 10, preferencialmente duas carris condutores. Estas são eletricamente condutoras e estão unidas de modo elétrico por um cabo 11 ao gerador, bem como, por um cabo de união 12, que passa preferencialmente pela fundação 3 e o subsolo, ao módulo de potência 7.

As carris condutores 9 são rígidas e são preferencialmente constituídas por segmentos de carris condutores individuais, como se pode ver por exemplo na Figura 2 em mais pormenor. Aí podem ver-se dois segmentos de torre 21, 22, a partir dos quais a torre 2 é preferencialmente montada. Este tipo de segmentos de torre 21, 22 pode ser por exemplo de aço ou também de betão.

Estes segmentos de torre 21, 22 são pré-fabricados e unidos à torre no local da central de energia eólica. Para reduzir ainda mais o tempo de instalação e facilitar o trabalho e, por conseguinte, também reduzir os custos de toda a central de energia eólica, os segmentos as carris 7 condutores 91, 92 são igualmente fixamente colocados nos respetivos pontos de cada segmento de torre 21, 22 antes de erigir a torre 2. De preferência, a fixação dos segmentos das carris condutores 91, 92 realiza-se somente na área superior do respetivo segmento da torre 21, 22 por meio de um dispositivo de fixação 10, enquanto a restante parte dos segmentos das carris condutores 91, 92 continua em certa medida móvel, para simplificar a união com os segmentos de carris condutores que se seguem. Através desta estrutura é também possível compensar movimentos relativos entre a torre 2 e as carris condutores 91, 92, p. ex. na sequência de diferentes coeficientes de dilatação. Mas também pode estar previsto usar outros elementos de retenção 14, que guiam os segmentos de carris condutores 91, 92 em todo o seu comprimento. Para isso, o corte transversal da abertura para os segmentos de carris condutores 91, 92 é maior nos elementos de retenção 14 do que o próprio corte transversal dos segmentos de carris condutores 91, 92. Deste modo, é permitido um movimento relativo dos segmentos de carris condutores 91, 92 nos elementos de retenção 14 e, simultaneamente, as carris condutores 91, 92 são guiadas e limitadas na sua mobilidade.

Para unir de modo elétrico os segmentos de carris condutores 91 r 92 e, com isso, contornar peças eventualmente existentes e que sobressaem no espaço interior, como por exemplo flanges 211, 212 existentes no bordo inferior e superior dos segmentos de torre 21, 22, são utilizadas calhas de união 13 flexíveis e isoladas, cuja forma pode ser alterada manualmente na colocação em ambos os segmentos de carris condutores 91, 92. Estas calhas de união 13 permitem compensar também dilatações de 8 material ou contrações, p. ex. através de oscilações de temperatura.

Na Figura 3 é apresentada uma perspetiva de dois segmentos paralelos de carris condutores 911, 912. Estes estão fixamente aparafusados ao dispositivo de retenção 14 por meio de parafusos 15. Podem estar previstos meios isolantes para isolar os segmentos de carris condutores 911, 912 relativamente aos dispositivos de retenção 14. Em alternativa, os próprios dispositivos de retenção 14 também podem ser fabricados num material isolante. 0 próprio dispositivo de retenção 14 está fixamente aparafusado à parede interior do segmento da torre.

Para proteger contra contactos das carris condutores 911, 912 ao operar a central de energia eólica está ainda prevista uma chapa de proteção 16 que, tal como os segmentos de carris condutores 911, 912, pode ser logo montada em cada um dos segmentos da torre antes de erigir a torre 2. Por meio de uma calha guia 17, que pode ser por exemplo composta por uma borracha firme, este invólucro de proteção é por um lado fixado e é por outro lado isolado relativamente ao segmento da torre. Para a fixação da chapa de proteção 16 podem ainda estar previstos outros meios, que não são presentemente apresentados. É ainda possível aplicar nas e/ou junto destas chapas de proteção 16 previstas como invólucros de proteção outros dispositivos como tomadas, lâmpadas, etc., de modo a que estes também possam ser facilmente pré-montados. Além disso, uma integração destes dispositivos no invólucro de proteção 16 impede sobretudo uma montagem exposta na parede interior da torre e, por isso, reduz o perigo de danos, p. 9 ex. devido a objetos que caiem durante e depois da instalação da torre. A Figura 4 mostra uma primeira versão de uma central de energia eólica em conformidade com a invenção. Neste caso, o módulo de potência 7 encontra-se preferencialmente dentro da nacela 4 e está, através do cabo 18, diretamente ligado ao gerador 6. Depois de a corrente produzida ter sido processada no módulo de potência 7, ela é trazida por outro cabo 19 para as carris condutores 9, sendo ai conduzida pela torre para a base da torre, a partir da qual é evacuada por um cabo de ligação 12, por exemplo para uma estação de transformação 40, que pode estar próxima ou muito afastada da central de energia eólica. A tracejado é apresentada uma posição alternativa do módulo de potência 1', que também pode ser colocado fora da nacela 4. Para melhor visibilidade omitiu-se o cabo de ligação do gerador 6 ao módulo de potência 7', bem como, dai para as carris condutores 9. A Figura 5 mostra outra central de energia eólica não pertencente à invenção. Neste caso, o módulo de potência é composto por pelo menos duas unidades de módulos de potência 71 e 72. A primeira unidade de módulos de potência 71 encontra-se, mais uma vez, dentro da nacela 4 e procede a um primeiro processamento da corrente produzida, por exemplo uma primeira transformação noutra área de tensão. Realiza-se então outro processamento da corrente produzida na segunda unidade de módulos de potência 72, que se encontra abaixo da cabeça da torre, por exemplo como se pode ver na área da base da torre. Porém, a segunda unidade de módulos de potência 72 pode também encontrar-se dentro da torre 2 na fundação 3, na vertical, ou muito afastada da 10 base da torre. Naturalmente que também é possível que a primeira unidade de módulos de potência 71 se encontre fora na nacela 4, como se pode ver na Figura 4. A Figura 6 mostra uma versão de uma central de energia eólica em conformidade com a invenção, que é constituída como uma chamada central de energia eólica em alto-mar (Off-Shore). Esta central de energia eólica 1 está numa outra fundação 3' ancorada no fundo do mar 25. Apesar de nestas centrais de energia eólica Off-Shore o módulo de potência poder se encontrar na área da cabeça da torre, está porém previsto na Fig. 6 o módulo de potência 7 se encontrar em terra 30 e a corrente evacuada para fora da cabeça da torre através das carris condutores 9 ser transmitida por cabo submarino 12' para o módulo de potência 7. Isto tem a vantagem de o módulo de potência 7 não ter de ser adicionalmente protegido contra danos da água do mar e de facilitar substancialmente uma manutenção do módulo de potência 7. 11

REFERÊNCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃO A presente listagem de referências citadas pela requerente é apresentada meramente por razões de conveniência para o leitor. Não faz parte da patente de invenção europeia. Embora se tenha tomado todo o cuidado durante a compilação das referências, não é possível excluir a existência de erros ou omissões, pelos quais o EPO não assume nenhuma responsabilidade.

Patentes de invenção citadas na descrição • DE 10152557 [0001] [0016]

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Central de energia eólica (1) com uma torre (2) estruturada por vários segmentos de torre (21, 22), com um gerador (6) disposto na área da cabeça da torre para produzir corrente, em que o gerador se encontra dentro de uma nacela, com um módulo de potência (7) com uma primeira unidade de módulos de potência (71) e com meios de condução da corrente para derivação da corrente produzida para fora da cabeça da torre, caracterizada pelo facto de os meios de condução da corrente (91, 92) estarem previamente montados, de forma segmentada, nos segmentos da torre (21, 22) e de a primeira unidade de módulos de potência se encontrar na nacela (4) e estar diretamente ligada ao gerador (6) através de cabos.

2. Central de energia eólica segundo a reivindicação 2, caracterizada pelo facto de os meios de condução da corrente serem fixados com suportes no segmento da torre.

3. Central de energia eólica segundo uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo facto de os meios de condução da corrente estarem protegidos por uma cobertura, sobretudo uma chapa de cobertura, contra o contacto.

4. Central de energia eólica segundo uma das reivindicações anteriores, 2 caracterizada pelo facto de os segmentos dos meios de condução da corrente estarem firmemente unidos apenas numa área, de preferência na área superior no estado montado, ao respetivo segmento da torre.

5. Central de energia eólica segundo uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo facto de os meios de condução da corrente serem constituídos como cabos.

6. Central de energia eólica segundo uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada pelo facto de os meios de condução da corrente serem constituídos como carris.

7. Central de energia eólica segundo a reivindicação 6, caracterizada pelo facto de, para contornar peças sobressaídas da parede interior da torre e/ou para ligar segmentos de carris condutores, estarem previstos carris de união flexíveis.

8. Central de energia eólica segundo uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo facto de o módulo de potência (7) possuir a primeira unidade de módulos de potência (71) e uma segunda unidade de módulos de potência (72) disposta abaixo da cabeça da torre, e de estarem previstos meios de condução da corrente para transmitir a corrente da primeira para a segunda unidade de módulos de potência. 3

9. Central de energia eólica segundo uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo facto de estarem previstos meios de condução da corrente para transmitir a corrente do gerador para o módulo de potência.

10. Segmento de torre para uma torre (2) estruturada por vários segmentos de torre (21, 22) de uma central de energia eólica (1), que na área da cabeça da torre possui um gerador (6) para produzir corrente, caracterizado pelo facto de estar pré-montado no segmento da torre um segmento de meios de condução da corrente (91, 92) para derivação da corrente produzida para fora da cabeça da torre.