BR112020008842A2 - estrutura de suporte flutuante para turbina de vento offshore e método para instalar uma turbina de vento provida com tal estrutura de suporte - Google Patents

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Paul Franc
Jean-Baptiste Le Clezio
Frederic Gentil
Thierry DELAHAYE
Nicolas CHAZOT
Raymond Hallot
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Abstract

A presente invenção refere-se a uma estrutura de suporte flutuante (10) para uma turbina de vento offshore, que compreende um flutuador (12) destinado a ser parcialmente submerso e sobre o qual um mastro de turbina de vento está destinado a ser montado, e um contrapeso conectado no flutuador e destinado a ser submerso sob o flutuador, o flutuador compreendendo uma estrutura principal (18), a forma da qual é toroidal ou poligonal com pelo menos cinco lados, uma estrutura tubular central (26) que tem um diâmetro adequado para receber o mastro de turbina de vento e que compreende uma seção adequada para ser lastrada de modo a ajustar a linha de água do flutuador, uma primeira série de montantes horizontais (28) distribuídos ao redor de um eixo geométrico vertical e conectando a estrutura principal na estrutura central, e uma segunda série de montantes oblíquos (30) distribuídos ao redor de um eixo geométrico vertical (Y?Y) e conectando a estrutura principal na estrutura central formando um ângulo entre 15° e 60° com os montantes horizontais (28).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ESTRU-
TURA DE SUPORTE FLUTUANTE PARA TURBINA DE VENTO OFFSHORE E MÉTODO PARA INSTALAR UMA TURBINA DE VEN- TO PROVIDA COM TAL ESTRUTURA DE SUPORTE". ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se ao campo geral de turbinas de vento offshore, isto quer dizer implantadas fora da costa, e mais especificamente a estruturas de suporte flutuantes para turbinas de vento offshore flutuantes. A invenção também se refere a um método para instalar uma turbina de vento offshore provida com tal estrutura de suporte
[002] Uma turbina de vento offshore objetiva utilizar a energia do vento de modo a produzir eletricidade por meio de uma turbina e um gerador elétrico. Existem dois tipos principais de turbinas de vento offshore: turbinas de vento fixas as quais são implantadas sobre o leito do mar (em profundidades rasas tipicamente menos do que 50 m), e as turbinas de vento flutuantes as quais oferecem a vantagem de se- rem capazes de ser construídas em terra e implantadas em áreas on- de a profundidade do leito do mar tipicamente excede 50 m.
[003] As turbinas de vento flutuantes compreendem uma turbina geralmente formada por um motor que tem diversas pás rotativas com um eixo geométrico horizontal e um gerador elétrico acoplado no mo- tor, o motor e o gerador sendo fixos em uma extremidade superior de um mastro vertical (ou pilão). A extremidade inferior do mastro está por sua parte montada em uma estrutura de suporte flutuante.
[004] Existem quatro famílias principais de uma estrutura de su- porte flutuante para uma turbina de vento offshore: barcaças, platafor- mas semissubmersíveis, plataformas de pernas de tensão (ou plata- formas TLP), e plataformas de longarina, isto quer dizer plataformas com fundações imersas e lastro estabilizado as quais estão providas com âncoras de catenária tornando possível fixar a turbina de vento por fixação no leito do mar. Entre estas famílias, as plataformas de longarina têm uma estrutura relativamente simples e baseia-se em tecnologias de fabricação e instalação amplamente provadas.
[005] Referência pode especificamente ser feita à publicação WO 2005/021961 a qual descreve uma modalidade exemplar de uma pla- taforma de longarina. A publicação WO 2006/121337 fornece os deta- lhes de um sistema de ancoragem para tal plataforma de longarina, enquanto que a publicação WO 2006/132539 refere-se a um método para instalar esta plataforma offshore.
[006] As plataformas de longarina, no entanto, têm um número de desvantagens as quais altamente limitam a sua usabilidade no setor de energia de vento offshore. Para uma turbina de vento de alta po- tência, é necessário, para instalar a turbina de vento, ter uma profun- didade mínima da ordem de uma centena de metros de modo a posi- cionar uma plataforma de longarina. Mais geralmente, é necessário ter uma área profunda com condições de mar relativamente calmas para gerenciar as fases críticas que são a virada da plataforma da posição horizontal para a posição vertical, o lastramento da plataforma, e a montagem da turbina sobre a plataforma. Além disso, recorrer a plata- formas de longarina requer a utilização de navios guindaste de grande capacidade os quais são raros e dispendiosos para instalar as turbinas de vento sobre as plataformas offshore. Além disso, as plataformas de longarina têm um grande arraste dentro da água o que limita as velo- cidades de deslocamento destas plataformas quando estas são rebo- cadas.
[007] Estas desvantagens das plataformas de longarina limitam a implantação de turbinas de vento em áreas que têm um fiorde como uma base de logística, o que na prática é encontrada em poucos luga- res no mundo, exceto na Noruega. Além disso, os custos alcançáveis por plataformas (devido especificamente à muito grande quantidade de aço à luz das necessidades de flutuação) são limitados a altos valores.
[008] Mais ainda, a estabilidade de uma turbina de vento flutuan- te pode ser composta de um problema de estabilidade estática e um problema de estabilidade dinâmica. O problema da estabilidade dinâ- mica se origina de forças temporalmente não constantes que exercem um torque desestabilizador para a estrutura, induzindo movimentos. Estas são relativas a flutuações de velocidade de vento sobre a turbina de vento ou a ondas. A energia das ondas está principalmente concen- trada nos primeiros poucos metros do mar abaixo da superfície livre. As estruturas de suporte flutuantes localizadas principalmente próxi- mas da superfície livre tais como barcaças ou plataformas semissub- mersíveis são altamente sujeitas às ondas, de modo que estas estrutu- ras são geralmente afetadas por problemas de estabilidade dinâmica.
OBJETO E SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[009] O objeto principal da presente invenção é, portanto, propor uma estrutura de suporte flutuante para uma turbina de vento offshore a qual não tenha as desvantagens acima mencionadas.
[0010] Este objeto é conseguido graças a uma estrutura de supor- te flutuante para uma turbina de vento offshore, que compreende um flutuador destinado a ser parcialmente imerso e sobre o qual um mas- tro de turbina de vento pretende ser montado, e um contrapeso conec- tado no flutuador e destinado a ser imerso sob o flutuador, e no qual, de acordo com a invenção, o flutuador compreende uma estrutura principal em forma de toroide ou polígono com pelo menos cinco lados o qual está formado por pelo menos um tubo destinado a ser imerso, uma estrutura tubular central que tem um diâmetro adaptado para re- ceber o mastro da turbina de vento e que compreende uma seção ca- paz de ser lastrada de modo de modo a ajustar a linha de água do flu- tuador, uma primeira série de montantes horizontais uniformemente distribuídos ao redor de um eixo geométrico vertical e conectado a es- trutura principal na estrutura central, e uma segunda série de montan- tes oblíquos uniformemente distribuídos ao redor de um eixo geométri- co vertical e conectando a estrutura principal na estrutura central em um ângulo compreendido entre 15º e 60º com os montantes horizon- tais; e o contrapeso compreende uma cesta capaz de receber material de lastro e conexões de lastro que conectam a cesta na estrutura prin- cipal do flutuador em um ângulo compreendido entre 15º e 45º com o eixo geométrico vertical.
[0011] A invenção assim consiste em dois elementos (o flutuador e o contrapeso) os quais estão conectados juntos por conexões de las- tro: o elemento flutuante é fácil de transportar, seu calado durante a fase de construção e instalação é baixo, e é compacto e instalável por soluções da indústria offshore convencional, o mastro da turbina de vento e a nacele podem ser instalados durante a construção do flutua- dor.
[0012] A estrutura de suporte flutuante de acordo com a invenção é notável especificamente pela estrutura mínima do flutuador o qual tem uma forma de uma roda de bicicleta carregada horizontalmente no qual a flutuação exercida sobre o mesmo pode ser provida em parte pela estrutura tubular central (que corresponde ao cubo da roda) e em parte pela estrutura em forma de toroide ou polígono (que corresponde ao pneu da roda).
[0013] Mais ainda, a forma específica da estrutura principal do flu- tuador torna possível obter a flutuação a qual é continuamente distribu- ída ao redor do eixo geométrico vertical, e não uma flutuação pontual. Do mesmo modo, esta continuidade de forma torna possível impedir as tensões da onda sobre o flutuador de variar com as variações de incidência, ao contrário de um flutuador o qual seria de distribuição pontual.
[0014] Além disso, tal estrutura torna possível recorrer a uma pro- fundidade de imersão de flutuação a qual é tipicamente compreendida entre 15 e 30 m. Em tal profundidade, devido à continuidade de forma da estrutura de flutuador principal, a estrutura de suporte flutuante é quase transparente aos efeitos das ondas e fluxos de superfície, o que permite a turbina de vento superar os problemas de estabilidade dinâ- mica máximos. Mais geralmente, a turbina de vento que utiliza tal es- trutura de suporte flutuante pode ser implantada em áreas economi- camente acessíveis porque um mínimo de profundidade de água da ordem de 70 m será suficiente.
[0015] Neste modo, a estrutura de suporte flutuante de acordo com invenção permite a exploração da potência de vento para propósi- tos de produção de eletricidade por profundidades de água maiores do que 70 m, sem qualquer limite superior de profundidade de água. À turbina de vento que utiliza tal estrutura de suporte flutuante pode, por- tanto, ser implantada em áreas economicamente acessíveis.
[0016] A estrutura de suporte flutuante de acordo com a invenção torna possível obter uma estabilidade aumentada em rotação no nível da turbina de vento, tanto em movimento quanto em aceleração. À massa de materiais para a fabricação desta estrutura de suporte é re- lativamente baixa, o que reduz os custos de fabricação. Esta estrutura de suporte flutuante é também compatível com todos os projetos cor- rentes de turbinas de vento flutuantes, com potência nominal de até 9,5 MW. A estrutura permanece compatível com turbinas de vento fu- turas com uma potência de 10 a 15 MW e mais as quais devem entrar em produção em anos vindouros.
[0017] A estrutura de acordo com a invenção provê grande estabi- lidade para a turbina de vento suportada, tanto na amplitude em mo- vimentos rotacionais quanto nas acelerações angulares. Esta estabili- dade relativa às condições de onda, vento e fluxo encontradas em di-
ferentes regiões do mundo permanece compatível com as especifica- ções técnicas de turbinas de vento na indústria de energia de vento offshore.
[0018] A estrutura de acordo com a invenção requer níveis de ten- são minimizados nas linhas de ancoragem que retêm a turbina de ven- to. Além disso, esta é compatível com os projetos de cabo de energia de exportação de padrão de indústria. Esta minimiza a cobertura de superfície sobre a superfície livre, não interfere fisicamente com a na- vegação de pequenas embarcações na vizinhança imediata, e minimi- za a massa de materiais estruturais utilizados pelas estruturas de su- porte flutuantes de turbinas de vento.
[0019] A fabricação da estrutura de acordo com a invenção pode ser executa nos vários materiais estruturais. Esta de preferência utiliza materiais metálicos e métodos de fabricação padrão da indústria de construção de estruturas offshore. A estrutura de acordo com a inven- ção pode também implementar materiais não metálicos no nível dos tendões e do sistema de ancoragem os quais estão na faixa das capa- cidades padrão correntes da indústria.
[0020] Além disso, as dimensões, peso e calado da estrutura de suporte flutuante são compatíveis com a maioria dos portos industriais e permitem a montagem dos elementos da turbina de vento sobre a estrutura de suporte ancorada ao lado da doca. O conjunto da estrutu- ra de suporte e da turbina de vento pode ser rebocado por flutuação em condições de mar compatíveis com a maioria das regiões no mun- do. Estas operações podem ser feitas com segurança com condições de riscos operacionais aceitáveis utilizando meios de instalação con- vencionais da indústria. Alternativamente, a montagem da estrutura de suporte flutuante e da turbina de vento pode ser feita no mar.
[0021] De modo a ter uma estrutura de suporte flutuante estável por peso e não por forma, o ponto de ação da flutuabilidade deve estar localizado acima de seu centro de gravidade. Como o centro de gravi- dade de uma turbina de vento está localizado bastante alto no nível do mastro, devido ao peso da nacele e das pás, um contrapeso deve ser adicionado na parte inferior da estrutura de suporte. Este contrapeso aplicará um torque de resistência no nível da estrutura de suporte.
[0022] De preferência, as conexões de lastro formam um ângulo B com o eixo geométrico vertical dado pela seguinte equação: É = arctan [(Dc/2 + Lh + Df) / (P—- Te - Ep — Gp)]; em que: P é a profundidade de água; Te é o calado medido no fundo da estrutura principal; Ep é a es- pessura da cesta; Gp é a distância entre o fundo da cesta e o leito do mar; Dc é o diâmetro da estrutura tubular central; Lh é o comprimento dos montantes horizontais; e Df é o diâmetro dos tubos da estrutura principal.
[0023] Também de preferência, o contrapeso compreende uma pluralidade de cestas cada uma capaz de receber um material de las- tro e posicionadas verticalmente uma abaixo da outra enquanto sendo uniformemente espaçadas.
[0024] Mais de preferência, os montantes oblíquos formam um ân- gulo de 30º com os montantes horizontais.
[0025] Mais de preferência, o flutuador ainda compreende uma estrutura de flutuabilidade adicional formada por um conjunto de flutu- adores adicionais montado sobre o tubo da estrutura principal.
[0026] Ainda de preferência, quando a estrutura principal do flutu- ador está formada por um conjunto de uma pluralidade de tubos, estes estão conectados juntos por meio de placas de junção soldadas nas extremidades dos tubos.
[0027] A invenção também se refere a uma primeira modalidade de um método para instalar uma turbina de vento offshore provida com uma estrutura de suporte flutuante como acima definida, que compre- ende as etapas de:
transportar no mar uma cesta do contrapeso vazia da estru- tura de suporte flutuante; descer dentro do mar a cesta do contrapeso vazia sobre a qual módulos de flutuação temporários que foram previamente fixos e ancorando-a a um homem morto previamente colocado sobre o leito do mar; ativar os módulos de flutuação temporários da cesta para permiti-la ser estabilizada no meio da água verticalmente ao homem morto; rebocar no mar o flutuador da estrutura de suporte flutuante até a vertical da cesta do contrapeso vazia; conectar a estrutura principal do flutuador na cesta do con- trapeso vazia por meio de conexões de lastro; afundar a cesta do contrapeso vazia para permitir sua des- conexão do homem morto; encher a cesta do contrapeso com material de lastro de modo a parcialmente imergir o flutuador; e rebocar no mar o flutuador conectado no contrapeso até a área de implantação da turbina de vento.
[0028] De acordo com uma segunda modalidade de um método para instalar uma turbina de vento offshore provida com uma estrutura de suporte flutuante como acima definida, o método compreende as sucessivas etapas de: transportar no mar e colocar sobre o leito do mar uma cesta do contrapeso vazia da estrutura de suporte flutuante; encher a cesta do contrapeso disposta sobre o leito do mar com material de lastro; rebocar no mar o flutuador da estrutura de suporte flutuante até a vertical da cesta do contrapeso cheia; conectar na maré baixa a estrutura principal do flutuador na cesta do contrapeso cheia por meio de conexões de lastro; tensionar as conexões de lastro e liberar a cesta do contra- peso por efeito da maré alta; e rebocar no mar o flutuador conectado no contrapeso até a área de implantação da turbina de vento.
[0029] Nesta segunda modalidade, de preferência boias temporá- rias podem ser conectadas na cesta do contrapeso para reduzir o seu peso quando do destacamento do leito do mar.
[0030] Em uma variante, a cesta do contrapeso pode ser colocada sobre o leito do mar utilizando um sistema de elevação sobre o qual a cesta apoia.
[0031] De acordo com uma terceira modalidade de um método pa- ra instalar uma turbina de vento offshore provida com uma estrutura de suporte como acima definida, o método compreende as sucessivas etapas de: transportar no mar separadamente uma cesta do contrape- so vazia e flutuante da estrutura de suporte flutuante e seu flutuador; conectar conexões de lastro e correntes de afundamento entre a cesta e o flutuador; imergir a cesta gradualmente lastrando-a e controlando sua posição pelo efeito de catenária das correntes de afundamento para desce-la em uma posição de equilíbrio sob o flutuador; descer a cesta sob o flutuador até que as conexões de las- tro sejam esticadas; encher a cesta do contrapeso com material de lastro de modo a parcialmente imergir o flutuador; e rebocar no mar o flutuador conectado no contrapeso até a área de implantação da turbina de vento no mar.
[0032] De acordo com uma quarta modalidade de um método para instalar uma turbina de vento offshore provida com uma estrutura de suporte flutuante como acima definida, o método compreende as su- cessivas etapas de: transportar no mar juntamente uma cesta do contrapeso posicionada sob a estrutura de suporte flutuante e seu flutuador; descer verticalmente a cesta por meio de um sistema de elevação de preferência integrado no nível do flutuador; rebocar no mar o flutuador conectado no contrapeso até a área de implantação da turbina de vento; e encher com material de lastro a cesta do contrapeso sus- pensa da estrutura do flutuador.
[0033] De acordo com uma quinta modalidade de um método para instalar uma turbina de vento offshore provida com uma estrutura de suporte flutuante como acima definida, o método compreende as su- cessivas etapas de: conectar conexões de lastro e correntes de afundamento entre a cesta do contrapeso e o flutuador; rebocar no mar juntamente o flutuador conectado no con- trapeso posicionada sob a estrutura de suporte flutuante até a área de implantação da turbina de vento; imergir a cesta gradualmente lastrando-a e controlando sua posição pelo efeito de catenária das correntes de afundamento para desce-la em uma posição de equilíbrio sob o flutuador; descer a cesta sob o flutuador até que as conexões de las- tro sejam esticadas; encher a cesta do contrapeso com material de lastro de modo a imergir o flutuador.
[0034] De acordo com uma sexta modalidade de um método para instalar uma turbina de vento offshore provida com uma estrutura de suporte flutuante como acima definida, o método compreende as su- cessivas etapas de:
transportar no mar uma cesta do contrapeso da estrutura de suporte flutuante posicionada em uma estrutura de suporte flutuan- te submersível cheia com ar; descer dentro do mar a estrutura de suporte flutuante sub- mersível (602) por um sistema de correntes de lastro preso a esta; rebocar no mar o flutuador verticalmente à cesta de contra- peso, as conexões de lastro tendo sido previamente conectadas no flutuador; conectar a conexões de lastro na cesta do contrapeso; gradualmente encher a estrutura de suporte flutuante sub- mersível de modo a faze-la perder flutuabilidade até que as conexões de lastro sejam tensionadas e a estrutura de suporte flutuante submer- sível desacople completamente da cesta de contrapeso; rebocar no mar o flutuador conectado no contrapeso até a área de implantação da turbina de vento; e ancorar o flutuador conectado no contrapeso sobre a área de implantação da turbina de vento.
[0035] A cesta de contrapeso pode ser transportada no mar com uma cesta previamente cheia com material de lastro. Alternativamente, a cesta de contrapeso pode ser transportada no mar com uma cesta ligeiramente cheia com material de lastro, o restante do material de lastro enchendo a cesta uma vez que a turbina de vento e seu contra- peso tenham sido rebocados sobre a área de implantação.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0036] Outras características e vantagens da presente invenção emergirão da descrição abaixo fornecida, com referência aos dese- nhos anexos os quais ilustram suas modalidades exemplares sem qualquer limitação. Nas figuras: - Figura 1 é uma vista lateral de uma turbina de vento offshore montada sobre uma estrutura de suporte flutuante de acordo com a invenção;
- Figura 2 é uma vista em perspectiva do flutuador da estru- tura de suporte flutuante da Figura 1;
- Figura 3 é uma vista em perspectiva em corte de uma ces- ta da estrutura de suporte flutuante da Figura 1;
- Figura 4 é uma vista de topo da cesta da Figura 4;
- Figura 5 é uma vista em corte ao longo de V-V da Figura 4;
- Figuras 6A a 6Q ilustram as diferentes etapas de um mé- todo para instalar uma turbina de vento offshore provida com uma es- trutura de suporte flutuante de acordo com uma primeira modalidade da invenção;
- Figuras 7A a 7K ilustram as diferentes etapas de um mé- todo para instalar uma turbina de vento offshore provida com uma es- trutura de suporte flutuante de acordo com uma segunda modalidade da invenção; e
- Figura 8A a 8H ilustram as diferentes etapas de um méto- do para instalar uma turbina de vento offshore provida com uma estru- tura de suporte flutuante de acordo com uma terceira modalidade da invenção;
- Figuras 9A a 10C ilustram as diferentes etapas de um mé- todo para instalar uma turbina de vento offshore provida com uma es- trutura de suporte flutuante de acordo com uma quarta modalidade da invenção;
- Figuras 10A a 10D ilustram as diferentes etapas de um método para instalar uma turbina de vento offshore provida com uma estrutura de suporte flutuante de acordo com uma quinta modalidade da invenção; e
- Figuras 11A a 11F ilustram as diferentes etapas de um método para instalar uma turbina de vento offshore provida com uma estrutura de suporte flutuante de acordo com uma sexta modalidade da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0037] A Figura 1 representa, em vista lateral, uma turbina de vento flutuante offshore 2 implantada no mar fora da costa.
[0038] Em um modo conhecido, tal turbina de vento 2 compreende uma turbina 4 geralmente formada por um motor que tem diversas pás rotativas com um eixo geométrico substancialmente horizontal XX, e um gerador elétrico 6 acoplado no motor, o motor e o gerador sendo fixos em uma extremidade superior de um mastro vertical 8 (ou pilão). A extremidade inferior do mastro 8 está por sua parte montada sobre uma estrutura de suporte flutuante 10 de acordo com a invenção.
[0039] De acordo com a invenção, a estrutura de suporte flutuante consiste em um flutuador 12 o qual está destinado a ser parcial- mente imerso (o nível do mar está simbolizado na Figura 1 pela linha 14) e em um contrapeso 16 o qual está conectado no flutuador 12 e o qual está destinado a ser imerso sob este. A extremidade inferior do mastro 8 da turbina de vento está montada sobre o flutuador 12 da es- trutura de suporte flutuante.
[0040] Como representado na Figura 2, o flutuador 12 compreende uma estrutura principal em forma de polígono 18 com pelo menos cin- co lados, esta estrutura principal em forma de polígono sendo formada por um conjunto de tubos 20 com seção circular destinado a ser imer- so. Alternativamente, a estrutura principal tem uma forma tórica. Nesta variante, esta é formada por um único tubo com seção circular.
[0041] No exemplo ilustrado nestas figuras, a estrutura principal 18 do flutuador tem uma forma poligonal com seis lados. Tal forma hexa- gonal representa a modalidade preferida. Realmente, esta forma ofe- rece o melhor compromisso em termos de estrutura e comportamento hidrodinâmico.
[0042] Os tubos 20 da estrutura principal do flutuador são de se- ção circular e são conectados juntos por meio de placas de junção 22 as quais são soldadas nas extremidades dos tubos. Estes tubos 20 são reforçados por um sistema de reforços cruzados (não representa- dos nas figuras), tornando possível otimizar o peso da estrutura sujeita à pressão hidrostática. Os tubos são compartimentados de modo que a estabilidade do sistema não seja prejudicada se um destes compar- timentos for cheio com água do mar.
[0043] Mais ainda, a estrutura principal 18 do flutuador ainda com- preende uma estrutura de flutuabilidade adicional formada por um con- junto de flutuadores adicionais 24 os quais estão montados nos tubos e os quais permitem elevar a borda livre do conjunto de flutuador e turbina de vento nas fases de reboque de modo a aperfeiçoar a estabi- lidade. Estes flutuadores adicionais podem ser coletados após a fase de reboque ou deixados sobre o flutuador após sua imersão.
[0044] O flutuador 12 também compreende uma estrutura tubular central 26 centrada sobre um eixo geométrico vertical Y-Y e que tem um diâmetro adaptado para receber o mastro 8 da turbina de vento. Esta estrutura central 26 compreende uma seção (não representada nas figuras) a qual é capaz de ser lastrada com água do mar de modo a ajustar a linha de água do flutuador à profundidade de imersão dese- jada.
[0045] O flutuador 12 ainda compreende uma primeira série de montantes horizontais 28 os quais estão uniformemente distribuídos ao redor do eixo geométrico vertical Y-Y e os quais conectam cada extremidade dos tubos 20 da estrutura principal na estrutura central 26, e mais especificamente à sua parte inferior. Existem tantos mon- tantes horizontais 28 quanto tubos 20 formando a estrutura principal.
[0046] Esta estrutura de montantes horizontais 28, do tipo de liga- ção cruzada, apesar de muito simples torna possível reduzir os mo-
mentos de flexão nos tubos 20 da estrutura principal em momentos secundários. Isto permite otimizar o modo de funcionamento dos tubos em tração e compressão.
[0047] O flutuador 12 também compreende uma segunda série de montantes oblíquos 30 os quais estão também uniformemente distribu- ídos ao redor do eixo geométrico vertical Y-Y e os quais conectam ca- da extremidade dos tubos 20 da estrutura principal na estrutura cen- tral, e mais especificamente à sua parte superior, em um ângulo a compreendido entre 15º e 60º - e de preferência igual a 30º - com os montantes horizontais 28. Quanto aos montantes horizontais, existem tantos montantes oblíquos 30 quanto existem tubos 20 formando a es- trutura principal.
[0048] Os montantes horizontais 28 e oblíquos 30 estão na forma de tubos. A conexão entre os montantes e a estrutura principal do flu- tuador é feita nas placas de junção 22. Esta técnica de montagem tor- na mais fácil ajustar e a soldar os montantes de grandes dimensões.
[0049] Mais ainda, como representado nas Figuras 3 a 5, ou con- trapeso 16 da estrutura de suporte flutuante de acordo com a invenção compreende uma cesta 32 a qual é capaz de receber um material de lastro 34.
[0050] De modo a prover um contrapeso de grande massa en- quanto reduzindo os custos, um material pesado que é tanto econômi- co quanto compatível com o ambiente marinho deve ser utilizado. Em uma modalidade preferida, o melhor compromisso para o material de lastro 34 é encontrado com materiais de lastro pesados. Tipicamente, este material de lastro pode ser magnetita quimicamente estabilizada de modo a ser tornada compatível com o ambiente. Alternativamente, este material de lastro pode ser material de enchimento, areia, grana- lha de ferro ou sucata metálica.
[0051] De modo a ser capaz de suportar este material de lastro 34,
o último deve ser colocado dentro de uma cesta 32 projetada para su- portar as tensões. O diâmetro da cesta varia, dependendo da aplica- ção, tipicamente entre 8 m e 22 m e sua altura entre 6 m e 10 m.
[0052] A cesta 32 do contrapeso consiste em um invólucro cilíndri- co 32a terminado por um fundo em domo ou troncocônico 32b em sua parte inferior. O peso é suportado por conexões de lastro 36 (ou ten- dões) - de preferência seis em número - que conectam a cesta a cada extremidade dos tubos 20 da estrutura principal.
[0053] Mais especificamente, estas conexões de lastro 36 são reunidas sobre um conector cilíndrico central 38 o qual está localizado no centro do invólucro cilíndrico 32a da cesta na sua parte superior.
[0054] O conector central 38 torna possível concentrar o peso do contrapeso em um ponto central localizado no eixo geométrico da es- trutura central 26 do flutuador. Esta concentração de peso em um pon- to é um fator chave na eficiência do sistema de contrapeso, esta per- mite que o lastro permaneça estacionário em relação ao flutuador in- dependentemente do ângulo de inclinação desde que as conexões de lastro 36 permaneçam todas esticadas.
[0055] Como representado na Figura 1, as conexões de lastro 36 que conectam a cesta 32 a cada extremidade dos tubos 20 da estrutu- ra principal, formam um ângulo B compreendido entre 15º e 45º com o eixo geométrico vertical Y-Y.
[0056] O ângulo 8 formado pelas conexões de lastro 36 com o eixo geométrico vertical é de preferência dado pela seguinte equação: Bn= arctan [(Dc/2 + Lh + Df) / (P—-Te- Ep — Gp)] em que: P é a profundidade de água; Te é o calado medido no fundo da estrutura principal; Ep é a espessura da cesta; Gp é a distância en- tre o fundo da cesta e o leito do mar; Dc é o diâmetro da estrutura cen- tral; Lh é o comprimento dos montantes horizontais; e Df é o diâmetro dos tubos da estrutura principal.
[0057] O fundo do flutuador 12 da estrutura de suporte flutuante de acordo com a invenção está localizado em uma profundidade de imer- são tipicamente de 25 m. A estrutura mínima que torna possível supor- tar as tensões de tração são as conexões de lastro 36. O contrapeso está, portanto, preso no flutuador por tantas conexões de lastro quanto a estrutura principal do flutuador tem lados. No nível desta estrutura, as conexões de lastro 36 estão conectadas nas placas de junção 22.
[0058] As conexões de lastro 36 podem ser tão leves quanto pos- sível porque sua massa desempenha somente um papel marginal na estabilidade da estrutura de suporte flutuante. Estas devem também ser capazes de suportar as tensões geradas pelo peso do contrapeso e ter mínimas elasticidade e deformação ao longo do tempo.
[0059] Também, em uma modalidade preferida, estas conexões de lastro são conjuntos de cordas feitos de materiais sintéticos que tem uma baixa alongamento (tipicamente polietileno de alta densidade). Estes materiais combinam boas propriedades mecânicas com um pe- so negativo dentro da água (densidade do material menor do que 1). Alternativamente, estas conexões de lastro podem ser cabos, corren- tes ou tubos metálicos.
[0060] O espaçamento dos pontos de fixação das conexões de lastro 36 sobre a estrutura principal 18 do flutuador é escolhido de mo- do que quando a inclinação da direção do mastro 8 da turbina de vento com o eixo geométrico vertical Y-Y é máxima, todas as conexões de lastro permanecem tensionadas. As tensões às quais o sistema está sujeito são aumentadas por um fator de segurança dependendo do caso de aplicação. Neste modo, a inclinação da turbina de vento sob a ação da resultante do arraste da força de vento e do peso da turbina de vento causa uma transferência de tensão das conexões de lastro localizadas na direção oposta ao vento na direção daquelas localiza- das na direção do vento. O contrapeso então permanece no eixo geo-
métrico do mastro da turbina do vento e esta estrutura flexível se com- porta mecanicamente como uma estrutura rígida, o lastro permane- cendo fixo em relação ao flutuador. Em outras palavras, esta estrutura de pêndulo cumpre a função de contrapeso de uma plataforma de lon- garina, enquanto tendo uma estrutura mais leve, transparente às on- das e instalável com a turbina de vento fixa sobre o flutuador no porto.
[0061] A estrutura de suporte flutuante de acordo com a invenção está projetada de modo a ser estável sem um sistema de ancoragem. O sistema de ancoragem portanto não participa da estabilidade da es- trutura de suporte flutuante. Isto cria níveis de tensão muito mais bai- xos nas linhas de ancoragem e restrições geotécnicas sobre as ânco- ras enfraquecidas.
[0062] Em conexão com as Figuras 6A a 6Q, será descrito um mé- todo para instalar, de acordo com uma primeira modalidade de inven- ção, uma turbina de vento offshore provida com uma estrutura de su- porte fluente como acima descrito.
[0063] As Figuras 6A a 6H ilustram as diferentes etapas de prepa- ração e instalação sobre o leito do mar do contrapeso da estrutura de suporte flutuante de acordo com a invenção.
[0064] Na Figura 6A, uma barcaça 100 que transporta especifica- mente a cesta 32 da estrutura de suporte flutuante e um homem morto 104 é trazida para o mar no local. O homem morto 104 é então desci- do no mar verticalmente à barcaça 100 por um guindaste 106 (Figura 6B) e então colocado sobre o leito do mar (Figura 6C).
[0065] Um veículo remotamente operado 108 (também denomina- do ROV) para supervisionar estas operações e então instalar uma cor- da de boia 110 sobre o homem morto 104 está representado na Figura 6D. Aqui, a corda de boia 110 é uma corda conectada a uma boia temporária por um lado e a um homem morto 104 por outro lado, de modo a prover um ponto de fixação para o homem morto acima do lei-
to do mar e abaixo da profundidade final da cesta de lastro.
[0066] Durante a próxima etapa representada na Figura 6E, a ces- ta (vazia) 32 do contrapeso da estrutura de suporte flutuante é também descida por guindaste 106 da barcaça na direção ao leito do mar para ser conectada na corda de boia 110 sob o controle do ROV 108 (Figu- ra 6F). Módulos de flutuação 112 (três em número nas figuras) previ- amente cheios com ar são então descidos no mar da barcaça e fixos sobre a cesta 32 do contrapeso (Figura 6G). No final desta etapa, este acoplamento é desconectado da barcaça 100 e o ROV 108 é levanta- do a bordo da última (Figura 6H).
[0067] Como ilustrado nas Figuras 6! e 6J, o flutuador 12 da estru- tura de suporte flutuante sobre a qual o mastro 8 de uma turbina de vento 2 foi previamente montada é então rebocada por um rebocador 114 verticalmente à cesta 32 de contrapeso amarrado ao homem mor- to 104. Este reboque pode ser executado por meio de um rebocador conectado na estrutura principal 18 do flutuador por um ou mais cabos de reboque 116.
[0068] Quando o flutuador 12 e a turbina de vento 2 estão verticais à cesta 32 do contrapeso, o ROV 108 é novamente posicionado para conectar a estrutura principal do flutuador na cesta por meio das cone- xões de lastro 36 (Figura 6J). De modo a permitir estabilizar a posição do flutuador 12 acima da cesta do contrapeso, pode ser necessário recorrer a diversos rebocadores uniformemente espaçados ao redor do mesmo.
[0069] Durante a próxima etapa representada na Figura 6K, o ar presente dentro dos módulos de flutuação 112 é então liberado (e substituído por água do mar). O ROV 108 pode então ser controlado para destacar um após o outro cada módulo de flutuação esvaziado de seu ar para levantá-lo na barcaça 100 por meio de uma corda 118 do guindaste 106 (Figura 6L).
[0070] Uma vez que os módulos de flutuação foram removidos, a cesta 32 do contrapeso atua sobre as conexões do lastro 36 para esti- cá-las e a corda de boia 110 é por sua vez afrouxada (Figura 6M). À corda de boia 110 pode assim ser facilmente desconectada da cesta do contrapeso pelo ROV 108 (Figura 6N). O flutuador 12 e a turbina de vento com a cesta 32 do contrapeso conectada pelas conexões de las- tro são então rebocados pelo rebocador 114 até a área de implantação da turbina de vento no mar (Figura 60).
[0071] Uma vez que o flutuador 12 e a turbina de vento 2 estão posicionados e mantidos verticais à área de implantação escolhida, uma barcaça 120 enche a cesta 32 de contrapeso com o material de lastro 34. Esta operação pode ser executada utilizando um tubo 122 que conecta a cesta na barcaça 120 (Figura 6P).
[0072] Como representado na Figura 6Q, o enchimento da cesta 32 de contrapeso com o material de lastro 34 tem a consequência de imergir o flutuador 12, esta imersão sendo controlada para permitir que o fundo do flutuador 12 da estrutura de suporte flutuante fique locali- zado na sua profundidade de imersão (tipicamente 25 m).
[0073] Será notado que o contrapeso pode compreender uma plu- ralidade de cestas cada uma recebendo um material de lastro e posi- cionadas verticalmente um abaixo da outra enquanto sendo uniforme- mente espaçadas (por exemplo, a cada 10 m).
[0074] Em conexão com as Figuras 7A a 7K, será agora descrito um método para instalar, de acordo com uma segunda modalidade da invenção, uma turbina de vento offshore provida com uma estrutura de suporte flutuante como acima descrito.
[0075] Durante uma primeira etapa (Figura 7A), uma barcaça 200 prepara a área temporária do leito do mar de modo a permiti-la supor- tar o peso das cestas cheia com lastro dos contrapesos das diversas estruturas de suporte flutuantes. Esta preparação consiste em descar-
regar sobre o leito do mar um material de enchimento que permite o leito do mar ser capaz de suportar o peso das cestas carregadas com material de lastro enquanto mantendo uma estabilidade de atitude aceitável.
[0076] Uma vez que o leito do mar é preparado, um conjunto de cestas vazias 32 de contrapesos são descidas no mar da barcaça 200 e colocadas sobre o leito do mar utilizando um guindaste 202 (Figura 7B). As cestas de contrapeso são colocadas uma após a outra durante a progressão da barcaça, seu número dependendo do número de tur- binas de vento offshore do campo a ser instalado (Figura 7C).
[0077] Como representado na Figura 7D, as cestas de contrapeso 32 colocadas sobre o leito do mar são então cheias uma após a outra com um material de lastro 34 da barcaça. Uma vez que as cestas es- tão cheias com material de lastro, as boias temporárias 204 são co- nectadas a estas cestas por meio do guindaste 202 da barcaça e utili- zando um ROV 206 (Figura 7E). A Figura 7F mostra o conjunto das cestas de contrapeso cada provida com diversas boias temporárias
204.
[0078] Durante a próxima etapa representada na Figura 7G, o flu- tuador 12 da estrutura de suporte flutuante sobre a qual o mastro 8 de uma turbina de vento foi previamente montado é então rebocado por um rebocador 208 verticalmente a uma cesta 32 de contrapeso. Na maré baixa, a estrutura principal do flutuador é então conectada na cesta do contrapeso por meio das conexões de lastro 36 (Figura 7G).
[0079] Devido ao efeito da maré cheia, a cesta 32 do contrapeso é levantada do leito do mar por meio das conexões de lastro 36 (Figura 7H) de modo a permitir o reboque do flutuador 12 e da cesta pelo re- bocador 208 até a área da implantação da turbina de vento no mar (Figura 71).
[0080] Uma vez que o flutuador 12 e a cesta do contrapeso estão posicionados e mantidos verticais à área de implantação escolhida, a barcaça 200 é trazida para desconectar uma após a outra as boias temporárias 204 da cesta 32. Esta operação é executada por meio do ROV 206 o qual desconecta cada boia temporária e a levanta a bordo da barcaça utilizando uma corda 210 (Figura 7J).
[0081] Quando todas as boias temporárias estão desconectadas, a seção "lastrável" da estrutura central 26 do flutuador 12 é cheia com água do mar de modo a ajustar a linha de água do flutuador para a profundidade de imersão desejada (Figura 7K).
[0082] Em uma variante desta segunda modalidade (não represen- tada nas figuras), está provido, ao invés da etapa de preparar a área temporária do leito do mar para permiti-lo suportar o peso das cestas cheias com lastro dos contrapesos, colocar sobre o leito do mar um sistema para descer o contrapeso.
[0083] Nesta variante, o sistema de elevação pode assim total- mente ou parcialmente substituir o efeito da maré cheia sobre a posi- ção relativa da cesta em relação ao fundo. Dependendo dos casos, o enchimento da cesta com material de lastro com pode ser feito intei- ramente ou parcialmente sobre a cesta colocada no sistema de eleva- ção. No caso onde o enchimento é feito parcialmente sobre a cesta colocada no sistema de elevação, material de lastro adicional é feito uma vez que a cesta é destacada do sistema de elevação.
[0084] Este sistema para descer o contrapeso compreende uma ampla base que permite o leito do mar suportar o peso do sistema e a cesta vazia do contrapeso da estrutura de suporte flutuante de acordo com a invenção. Uma vez que a cesta vazia é descida e disposta so- bre a base, as etapas do método para instalar são executadas simi- larmente àquelas acima descritas em conexão com as Figuras 7D a 7K.
[0085] Esta variante pode ser preferida porque esta tem a vanta-
gem de não ser dependente da maré.
[0086] Em conexão com as Figuras 8A a 8H, será descrita uma terceira modalidade do método para instalar, de acordo com a inven- ção, uma turbina de vento offshore provida com uma estrutura de su- porte fluente como acima descrito.
[0087] Esta variante é especialmente vantajosa para o comporta- mento dinâmico do contrapeso durante a descida ligando a cesta do último ao flutuador por meio de diversas correntes catenárias, o que torna possível desacoplar os movimentos de cada uma destas. Além disso, nenhuma preparação do leito do mar é requerida.
[0088] De acordo com uma primeira etapa ilustrada na Figura 8A, um primeiro rebocador 300 é utilizado para rebocar no mar o flutuador 12 da estrutura de suporte flutuante sobre a qual o mastro da turbina de vento 2 foi previamente montado. A cesta vazia 32 do contrapeso da estrutura de suporte flutuante é por sua parte rebocada indepen- dentemente por um segundo rebocador 302.
[0089] Note que para facilitar o reboque da cesta do contrapeso, o último pode ser provido com boias temporárias 304. Será também no- tado que os dois rebocadores 300, 302 estão cada um equipados com um sistema de posicionamento dinâmico.
[0090] Uma vez chegados à área de implantação da turbina de vento no mar, os rebocadores 300, 302 manobram para trazer o flutu- ador 12 mais próximo da cesta 32 de modo a permitir o estabelecimen- to das conexões entre estes dois elementos (Figura 8B).
[0091] Estas conexões são especificamente as conexões de lastro 36 que conectam a cesta 32 a cada extremidade dos tubos da estrutu- ra principal do flutuador. Esta operação pode ser executada utilizando um navio de conexão dinamicamente posicionado 306.
[0092] Como representado na Figura 8C, correntes de afundamen- to 308 são também conectadas entre diferentes pontos da cesta 32 e da estrutura principal do flutuador 12. Estas correntes de afundamento são, por exemplo, três em número. Durante estas operações, outras conexões de retenção (não representadas nas figuras) podem ser co- nectados entre a cesta e o flutuador para limitar a distância do flutua- dor em relação à cesta.
[0093] Durante a próxima etapa, a cesta 32 do contrapeso é movi- da afastando do flutuador 12 e então gradualmente imersa pela redu- ção da flutuação das boias temporárias 304 ou pela adição de peso dentro da cesta (Figura 8E). A imersão da cesta é continuada até uma primeira posição de equilíbrio sob o flutuador (Figura 8F).
[0094] A cesta 32 do contrapeso é descida adicionalmente redu- zindo em um modo contínuo ou escalonado a flutuação das boias temporárias (ou pela adição de lastro). Será notado que a descida da cesta resulta em uma redução na catenária das correntes de afunda- mento 308 sob a cesta e, portanto, no peso que deve ser compensado pela flutuação. Um processo é previsto no qual a descida da cesta au- tomaticamente causaria a queda em sua flutuação e também uma queda no lastro com um deslocamento de modo que a velocidade de descida da cesta seria suficientemente baixa.
[0095] A descida da cesta termina quando as conexões de lastro 36 estão esticadas (Figura 8G). Se necessário, pode ser previsto que a descida automaticamente pare em profundidades desejadas (por exemplo, ligeiramente antes das conexões de lastro serem esticadas para ser capaz de assegurar que a sua configuração é aceitável) en- quanto assegurando que a perda de lastro é retificada pela perda de flutuação na profundidade desejada.
[0096] Finalmente, a cesta 32 do contrapeso é cheia com o mate- rial de lastro 34, por exemplo, de um navio de lastro 310 que descar- rega o material de lastro dentro da cesta utilizando um bico ou tubo de enchimento 312 (Figura 8H).
[0097] Esta última etapa pode ser substituída pelo enchimento de elementos de flutuação conectados na cesta no caso em que o lastro já estava presente dentro desta cesta específica que tem uma reserva de flutuabilidade equivalente ao peso final visto pelas conexões de las- tro.
[0098] Será notado que as correntes de afundamento 308 podem ser utilizadas para fazer, onde apropriado, um sistema de ancoragem para estrutura de suporte flutuante.
[0099] Em conexão com as Figuras 9A a 9C, será descrita uma quarta modalidade do método para instalar, de acordo com uma in- venção, uma turbina de vento offshore provida de uma estrutura de suporte flutuante, como acima descrito.
[00100] Nesta quarta modalidade, está provido transportar no mar juntamente por um rebocador 400 o flutuador 12 com sua cesta de contrapeso de lastro vazia 32 posicionada abaixo da estrutura de su- porte de flutuação até a área de implantação da turbina de vento (Figu- ra 9A).
[00101] A cesta 32 é descida por um sistema de elevação 402 ins- talado no nível da plataforma da turbina de vento 2 até que as cone- xões do lastro sejam esticadas (Figura 9B). O flutuador 12 conectado no contrapeso é então rebocado para a área de implantação da turbina de vento e a cesta 32 pode então ser cheia com material de lastro de um navio de lastro 404, como acima descrito (isto quer dizer por meio de um tubo 406 que conecta a cesta no navio de lastro - ver Figura 9C).
[00102] Em conexão com as Figuras 10A a 10D, será agora descri- ta uma quinta modalidade do método para instalar, de acordo com a invenção, uma turbina de vento offshore provida com uma estrutura de suporte flutuante como acima definido.
[00103] Nesta quinta modalidade, o método compreende, em uma primeira etapa ilustrada na Figura 10A, a conexão de conexões de las- tro 36 e correntes de afundamento 500 entre a cesta 32 do contrapeso e o flutuador 12. Uma vez que esta operação foi executada, o flutuador conectado no contrapeso é rebocado para o mar utilizando um rebo- cador 502 até a área de implantação da turbina eólica (Figura 10B). Juntamente, a cesta vazia 32 do contrapeso posicionada sob a estru- tura de suporte flutuante e seu flutuador são transportados para o mar.
[00104] A cesta é gradualmente imersa por lastramento e sua posi- ção é controlada pelo efeito de catenária das correntes de afundamen- to desce-la para uma posição de equilíbrio sob o flutuador (Figura 10C).
[00105] A cesta 32 é então descida sob o flutuador até que as co- nexões de lastro 36 sejam esticadas, então está é cheia com material de lastro de modo a imergir o flutuador (Figura 10D). Finalmente, o flu- tuador conectado no contrapeso é rebocado para a área de implanta- ção da turbina de vento.
[00106] Em conexão com as Figuras 11A a 11F, será agora descrita uma sexta modalidade do método para instalar, de acordo com a in- venção de uma turbina de vento offshore, provida com uma estrutura de suporte flutuante como acima definido.
[00107] Nesta sexta modalidade, o método compreende, em uma primeira etapa ilustrada na Figura 11A, o transporte no mar por um re- bocador 600 da cesta 32 do contrapeso posicionado removível dentro de uma estrutura de suporte flutuante submersível 602 até a área de implantação da turbina do vento.
[00108] Nesta modalidade, a cesta 32 do contrapeso é previamente cheia com material de lastro e a estrutura de suporte flutuante sub- mersível 602 é cheia com ar na pressão atmosférica antes da partida de modo a ter a flutuabilidade necessária para manter a flutuação da cesta do contrapeso.
[00109] Como representado nas Figuras 11B e 11C, uma vez che- gadas na área de implantação da turbina de vento, a cesta de contra- peso 32 e a estrutura de suporte flutuante submersível 602 são desci- das sob a água por um sistema de correntes de lastro 604 presas na estrutura de suporte flutuante submersível até atingir a profundidade desejada. Para este propósito, as correntes de lastro 604 têm um peso linear predefinido e são presas na estrutura de suporte flutuante sub- mersível utilizando um segundo rebocador 600". Âncoras 606 podem ser presas nas correntes de lastro 604 de modo a estabilizar a cesta de contrapeso (Figura 11C).
[00110] A turbina de vento com seu flutuador 12 é então rebocada para a área de implantação da turbina de vento e posicionada verti- calmente à cesta de contrapeso 32 (Figura 11D). As conexões de las- tro 36 previamente conectadas no flutuador 12 são então descidas e conectadas uma a uma na cesta de contrapeso 32 por meio, por exemplo, de um veículo remotamente operado 108 (Figura 11E).
[00111] Durante a próxima etapa, a estrutura de suporte flutuante submersível 602 é gradualmente cheia com água (em substituição ao ar) de modo a perder flutuabilidade. Durante este enchimento, esta desce com a cesta de contrapeso até que as conexões do lastro 36 sejam tensionadas. A descida da cesta é então parada e o peso da cesta é gradualmente transferido para o flutuador 12 da turbina de vento cujas conexões de lastro 36 esticam sob o peso da cesta de contrapeso (Figura 11F).
[00112] Quando todo o peso inteiro da cesta é transferido para o flutuador da turbina de vento, a estrutura de suporte flutuante submer- sível 602 continua a descer de modo a desacoplar completamente da cesta de contrapeso 32. Quando está é cheia com água, esta é então localizada acima do leito do mar a uma distância de poucos metros sob a cesta, as correntes de lastro 604 assegurando sua retenção nes-
ta posição. A turbina de vento e seu contrapeso podem então ser re- bocados pelo rebocador 600 até a sua área de implantação.
[00113] Em uma variante (não representada nas figuras) desta sex- ta modalidade, a cesta de contrapeso é somente parcialmente cheia com antecedência com o material de lastro. Após a turbina de vento e seu contrapeso terem sido rebocados sobre a área de implantação, um navio que transporta o restante do material de lastro é posicionado na vizinhança da turbina de vento e enche a cesta de contrapeso utili- zando uma tubulação flexível até que a turbina de vento atinja o calado requerido.
[00114] Em uma sétima modalidade (não representada nas figuras) do método para instalar, de acordo com a invenção, uma turbina de vento offshore provida com uma estrutura de suporte flutuante como acima definido, uma cesta de contrapeso está provida com comparti- mentos de lastro de ar.
[00115] Esta cesta é previamente despejada no porto e o flutuador da turbina de vento é posicionado verticalmente à cesta de modo a conectar as conexões de lastro por mergulhadores. Outras conexões temporárias mais curtas (aproximadamente 5 metros) são conectadas entre o flutuador e a cesta. A cesta é então deslastrada de modo a prender no flutuador da turbina de vento. O conjunto é rebocado para um local de água protegido de aproximadamente 20 m de profundida- de de água onde a cesta é lastreada até que esta se torne pesada e seja levada em tensão pelas conexões temporárias. O conjunto é en- tão rebocado para a área de implantação da turbina de vendo onde a turbina de vento é ancorada. As conexões temporárias são desconec- tadas e a cesta desce dentro da coluna de água até que esta seja le- vada em tensão pelas conexões de lastro.
[00116] Posteriormente, um navio que transporta o restante do ma- terial de lastro é posicionado na vizinhança da turbina de vento e en-
Che a cesta de contrapeso utilizando uma tubulação flexível até que a turbina de vento atinja o calado requerido.
[00117] Será notado que, como na sexta modalidade, esta sétima modalidade pode ser implementada com uma cesta de contrapeso a qual é completamente ou somente parcialmente cheia com antece- dência com material de lastro.

Claims (16)

REIVINDICAÇÕES
1. Estrutura de suporte flutuante (10) para uma turbina de vento offshore (2), que compreende um flutuador (12) destinado a ser parcialmente imerso e sobre o qual um mastro de turbina de vento (8) está destinado a ser montado, e um contrapeso (16) conectado no flu- tuador e destinado a ser imerso sob o flutuador, caracterizada pelo fa- to de que: o flutuador (12) compreende: uma estrutura principal em forma de toroide ou polígono (18) com pelo menos cinco lados a qual está formada por pelo menos um tubo (20) destinado a ser imerso; uma estrutura tubular central (26) que tem um diâmetro adaptado para receber o mastro (8) da turbina de vento e que compre- ende uma seção capaz de ser lastrada de modo a ajustar a linha de água do flutuador; uma primeira série de montantes horizontais (28) unifor- memente distribuídos ao redor de um eixo geométrico vertical e que conectam a estrutura principal na estrutura central; e uma segunda série de montantes oblíquos (30) uniforme- mente distribuídos ao redor de um eixo geométrico vertical (Y-Y) e que conectam a estrutura principal na estrutura central em um ângulo (&) compreendido entre 15º e 60º com os montantes horizontais (28); e em que o contrapeso (16) compreende uma cesta (32) capaz de receber material de lastro (34) e conexões de lastro (36) que conectam a cesta na estrutura principal (18) do flutuador em um ângu- lo (B) compreendido entre 15º e 45º com o eixo geométrico vertical (Y— Y).
2. Estrutura de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as conexões de lastro (36) formam um ângulo (B) com o eixo geométrico vertical (Y—Y) dado pela seguinte equação:
B= arctan [(Dc/2 + Lh + Df) / (P— Te — Ep — Gp)] em que: P é a profundidade de água; Te é o calado medido no fundo da estrutura principal; Ep é a espessura da cesta; Gp é a distância en- tre o fundo da cesta e o leito do mar; Dc é o diâmetro da estrutura cen- tral; Lh é o comprimento dos montantes horizontais; e Df é o diâmetro dos tubos da estrutura principal.
3. Estrutura de acordo com qualquer uma das reivindica- ções | e 2, caracterizada pelo fato de que o contrapeso compreende uma pluralidade de cestas cada uma capaz de receber um material de lastro e posicionadas verticalmente uma abaixo da outra enquanto sendo uniformemente espaçadas.
4. Estrutura de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 3, caracterizada pelo fato de que os montantes oblíquos (30) formam um ângulo (=:) de 30º com os montantes horizontais (28).
5. Estrutura de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o flutuador ainda compre- ende uma estrutura de flutuabilidade adicional formada por um conjun- to de flutuadores adicionais (24) montado no tubo (20) da estrutura principal (18).
6. Estrutura de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a estrutura principal (18) do flutuador é formada por um conjunto de uma pluralidade de tubos (20) os quais estão conectados juntos por meio de placas de junção (22) soldadas nas extremidades dos tubos.
7. Método para instalar no mar uma turbina de vento offsho- re provida com uma estrutura de suporte flutuante como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de compreender as sucessivas etapas de: transportar no mar e colocar sobre o leito do mar uma cesta vazia (32) do contrapeso (16) da estrutura de suporte flutuante;
encher a cesta do contrapeso disposta sobre o leito do mar com material de lastro (34); rebocar no mar o flutuador (12) da estrutura de suporte flu- tuante até a vertical da cesta do contrapeso cheia; conectar na maré baixa a estrutura principal (18) do flutua- dor na cesta do contrapeso cheia por meio de conexões de lastro (36); tensionar as conexões de lastro e liberar a cesta do contra- peso por efeito da maré alta; e rebocar no mar o flutuador conectado no contrapeso até a área de implantação da turbina de vento.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que boias (204) estão conectadas na cesta do contrapeso para reduzir o seu peso quando do destacamento do leito do mar.
9. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a cesta do contrapeso é colocada sobre o leito do mar utilizando um sistema de elevação sobre o qual a cesta apoia.
10. Método para instalar uma turbina de vento offshore pro- vida com uma estrutura de suporte flutuante como definida em qual- quer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de compre- ender as sucessivas etapas de: transportar no mar separadamente uma cesta vazia e flutu- ante (32) do contrapeso (16) da estrutura de suporte flutuante e seu flutuador (12); conectar conexões de lastro (36) e correntes de afunda- mento (308) entre a cesta e o flutuador; imergir a cesta gradualmente lastrando-a e controlando sua posição pelo efeito de catenária das correntes de afundamento para desce-la em uma posição de equilíbrio sob o flutuador; descer a cesta sob o flutuador até que as conexões de las- tro (36) sejam esticadas;
encher a cesta do contrapeso com material de lastro (34) de modo a parcialmente imergir o flutuador; e rebocar no mar o flutuador conectado no contrapeso até a área de implantação da turbina de vento no mar.
11. Método para instalar uma turbina de vento offshore pro- vida com uma estrutura de suporte flutuante como definida em qual- quer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de compre- ender as etapas de: transportar no mar uma cesta vazia (32) do contrapeso (16) da estrutura de suporte flutuante; descer dentro do mar a cesta do contrapeso vazia sobre a qual módulos de flutuação temporários (112) que foram previamente fixos e ancora-la em um homem morto (114) previamente colocado no leito do mar; ativar os módulos de flutuação temporários da cesta para permiti-la ser estabilizada no meio da água verticalmente ao homem morto; rebocar no mar o flutuador (12) da estrutura de suporte flu- tuante até a vertical da cesta do contrapeso vazia; conectar a estrutura principal (18) do flutuador na cesta do contrapeso vazia por meio de conexões de lastro (36); afundar a cesta do contrapeso vazia para permitir sua des- conexão do homem morto (104); encher a cesta do contrapeso com material de lastro (34) de modo a parcialmente imergir o flutuador; e rebocar no mar o flutuador conectado no contrapeso até a área de implantação da turbina de vento.
12. Método para instalar uma turbina de vento offshore pro- vida com uma estrutura de suporte como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de compreender as sucessivas etapas de: transportar juntamente uma cesta (32) do contrapeso (16) posicionada sob a estrutura de suporte flutuante e seu flutuador (12); descer verticalmente a cesta por meio de um sistema de elevação (402) integrado no nível do flutuador; rebocar no mar o flutuador conectado no contrapeso até a área de implantação da turbina de vento; e encher com material de lastro a cesta do contrapeso sus- pensa da estrutura do flutuador.
13. Método para instalar uma turbina de vento offshore pro- vida com uma estrutura de suporte flutuante como definida em qual- quer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de compre- ender as sucessivas etapas de: conectar conexões de lastro (36) e correntes de afunda- mento (308) entre a cesta (32) do contrapeso e o flutuador (12); rebocar no mar juntamente o flutuador conectado no con- trapeso posicionado sob a estrutura de suporte flutuante até a área de implantação da turbina de vento; imergir a cesta gradualmente lastrando-a e controlando sua posição pelo efeito de catenária das correntes de afundamento para desce-la em uma posição de equilíbrio sob o flutuador; descer a cesta sob o flutuador até que as conexões de las- tro (36) sejam esticadas; e encher a cesta do contrapeso com material de lastro (34) de modo a imergir o flutuador.
14. Método para instalar uma turbina de vento offshore pro- vida com uma estrutura de suporte flutuante como definida em qual- quer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de compre- ender as sucessivas etapas de: transportar no mar uma cesta (32) do contrapeso (16) da estrutura de suporte flutuante posicionada em uma estrutura de supor- te flutuante submersível (602) cheia com ar; descer dentro do mar a estrutura de suporte flutuante sub- mersível (602) por um sistema de correntes de lastro (604) preso a es- ta; rebocar no mar o flutuador (12) verticalmente à cesta de contrapeso, as conexões de lastro (36) tendo sido previamente conec- tadas no flutuador; conectar as conexões de lastro na cesta do contrapeso; gradualmente encher a estrutura de suporte flutuante sub- mersível de modo a faze-la perder flutuabilidade até que as conexões de lastro sejam tensionadas e a estrutura de suporte flutuante submer- sível desacople completamente da cesta de contrapeso; rebocar no mar o flutuador conectado no contrapeso até a área de implantação da turbina de vento; e ancorar o flutuador conectado no contrapeso sobre a área de implantação da turbina de vento.
15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracteriza- do pelo fato de que a cesta de contrapeso é transportada no mar com uma cesta previamente cheia com material de lastro.
16. Método de acordo com a reivindicação 14, caracteriza- do pelo fato de que a cesta de contrapeso é transportada no mar com uma cesta ligeiramente cheia com material de lastro, o restante do ma- terial de lastro enchendo a cesta uma vez que a turbina de vento e seu contrapeso tenham sido rebocados sobre a área de implantação.
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