ES2324276B2 - Plataforma flotante para la extraccion de energia eolica. - Google Patents

Abstract

Plataforma flotante para la extracción de energía eólica, que comprende una estructura (S) que constituye el soporte del conjunto (P) formado por una torre de aerogenerador (3), una góndola (2) y sus correspondientes palas (1) en donde la estructura de soporte (S) está formada por una estructura superior (4) que une el conjunto (P) con el tanque flotador (5), que a su vez está unido mediante una estructura inferior (7) al tanque lastre (8), y en donde dicho tanque lastre (8) está configurado para controlar el centro de gravedad del conjunto y ajustar la línea de flotación mediante distribución de masas.

Description

Plataforma flotante para la extracción de energía eólica.

El objeto principal de la presente invención está referida a una plataforma flotante para generación de energía eléctrica a partir del viento. Esta plataforma encuentra su aplicación en el campo de las energías renovables, concretamente en el área de energía eólica denominada offshore, es decir, en el mar y a gran distancia de la costa.

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Antecedentes de la invención

Los aprovechamientos eólicos marinos tienen mayores costos de instalación, operación y mantenimiento que las instalaciones en tierra. Las cimentaciones de las torres de los aerogeneradores marinos suponen una parte importante de la inversión inicial, aumentando con la profundidad, de manera que en la actualidad, a partir de los 50 m de profundidad, es económicamente favorable la utilización de plataformas flotantes.

Los sitios adecuados para la instalación de torres eólicas terrestres son cada vez menos. Por eso, la tendencia internacional se dirige hacia la instalación de parques eólicos marinos en las aguas nacionales de cada país. Sin embargo, se da la circunstancia de que en muchos lugares una profundidad del agua de 50 metros se alcanza a muy pocos kilómetros de la orilla. Por lo tanto, para la instalación de una cantidad importante de aerogeneradores marinos hay que encontrar soluciones técnicas que permitan la instalación de parques eólicos en mares con aguas más profundas que los 50 metros. La idea más prometedora desde el punto de vista de la eficiencia es el desarrollo de una estructura flotante que soporte una torre eólica. El recurso eólico marino es más abundante y continuo que en tierra, por lo que se presenta como una gran fuente de energía renovable que aún no se podido aprovechar a gran escala en este tipo de emplazamientos.

La plataforma flotante objeto de esta invención consiste en una estructura capaz de soportar el peso de rotor, turbina y torre de aerogeneradores mediante un flotador cuasi independientemente de la profundidad del mar. Aunque no existe una estructura similar operativa en la actualidad, sí hay antecedentes en este campo de aplicación.

Así pues, las patentes WO2006132539 y US20070228739 describen ambas estructuras cuyos ángulos de escora son muy elevados, debido a que no contemplan la generación de un par adrizante adecuado. Esto impide el correcto aprovechamiento de la energía eólica por parte del aerogenerador, proporcionando rendimientos muy bajos que pueden hacer económicamente inviable ambos sistemas. Además, en la patente WO2006132539 parte de la estructura es de hormigón y, dados los volúmenes necesarios en una construcción real, puede dificultarse la construcción y el transporte, dado su peso y considerando que su diferencia de coste con determinados tipos de acero es muy baja. Por otra parte, en la patente US20070228739 se utiliza la energía eólica no para su extracción a la red, sino para alimentar un proceso interno de generación de otro tipo de energía.

La patente WO03004869 define, por su parte, un único tanque bajo el nivel del mar, que al mismo tiempo sirve de flotador y de lastre. Una estructura de este tipo, si se desea limitar el ángulo de escora, debe tener un volumen tal que hace técnica y económicamente inviable su realización. La limitación de dicho ángulo de escora y, por tanto su estabilidad, se ha de conseguir mediante un par restaurador debido al par de fuerzas peso/flotabilidad y a la separación de dichas fuerzas. Sin la presencia de un sistema de estabilidad formado por estructuras diferenciadas para la flotabilidad del sistema, como pueden ser un tanque flotador y un tanque de lastre, no es posible conseguir grandes rendimientos, basados en unos menores tamaños y costes para un potencia generada equivalente. Ambas estructuras han de estar separadas por medio de la estructura inferior, incrementando así la distancia entre las fuerzas restauradoras y requiriendo de menores fuerzas para el mismo par restaurador.

Finalmente, la patente US20060165493 describe un sistema basado en tres soportes flotadores, con lo que el coste del sistema se multiplica proporcionalmente.

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Descripción de la invención

La plataforma flotante objeto de la invención está formada por una estructura semi-sumergida que se fija al fondo mediante un conjunto de amarres. El sistema completo genera un par adrizante gracias a una adecuada distribución de pesos y volúmenes que asegura el funcionamiento del aerogenerador con ángulos de escora inferiores a 10º. La estructura completa y su finalidad es ya una novedad, dado que no existe una estructura similar operativa en la actualidad. Esta invención resuelve los problemas que aparecen en mares con profundidades superiores a los 50 m, en los que resulta económicamente inviable la instalación de parques eólicos.

El sistema objeto de esta invención está compuesto por una estructura superior que une la torre del aerogenerador con un tanque flotador. La estructura superior es de acero y se une a la torre del aerogenerador y al flotador mediante bridas atornilladas. Su misión es asegurar que en todo momento la torre se encuentra fuera del agua y el flotador sumergido. Este diseño permite independizar la estructura flotante de la torre requerida para cada aerogenerador. Además, el cálculo de pesos y volúmenes hace que el flotador esté sumergido, condición imprescindible para asegurar inclinaciones inferiores a 10º y asegurar el correcto funcionamiento del aerogenerador.

La unión entre el tanque flotador y el tanque lastre se realiza mediante una estructura central, este elemento está formado por chapa de acero con forma troncocónica, con un diámetro mayor en la unión con el flotador que en la unión con el lastre. Esta pieza asegura la transmisión de los esfuerzos debidos al par adrizante que estabiliza el sistema además de proporcionar una cantidad considerable de la flotación. Interiormente, cuenta con un sistema que permite inundarlo y vaciarlo parcialmente para el ajuste preciso de la línea de flotación. Este sistema de ajuste de la línea de flotación supone una innovación importante para la viabilidad de montaje de toda la estructura.

El tanque lastre es un contenedor encargado de almacenar lastre (que puede ser arena) de forma que permita bajar el centro de gravedad de toda la estructura. Este contenedor es metálico y cuenta con varios compartimentos para poder rellenarlo de forma controlada. Este sistema de relleno y extracción de lastre permite el montaje e instalación de todo el sistema y supone una novedad en estructuras de estas características.

La fijación al fondo marino se realiza mediante tres amarres que tiene una precarga inicial con el fin de disminuir los desplazamientos de todo el sistema cuando actúa sobre la fuerza del oleaje o del viento. La fijación de los amarres al fondo marino se realiza mediante lastres o anclas en función del tipo de fondo y de la profundidad de la zona de instalación. Dada la importancia del sistema de amarre como parte integrante del equilibrio de pesos y volúmenes de todo el sistema, y dada su importancia en la estabilidad global, este sistema constituye motivo de novedad por sus características específicas.

Breve descripción de las figuras

A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

Fig. 1 muestra una representación según una perspectiva frontal de la estructura flotante capaz de soportar un aerogenerador motivo de la invención.

Realización preferente de la invención

Como se puede ver en la figura 1, la plataforma flotante para la extracción de energía eólica que aquí se propone está compuesta por una estructura superior (4) que une la torre del aerogenerador (3) con el tanque flotador (5). La estructura superior (4) es de acero y se une a la torre del aerogenerador (3) y al flotador (5) mediante bridas atornilladas. Su misión es asegurar que en todo momento la torre del aerogenerador (3) se encuentra fuera del agua y el flotador (5) sumergido.

El tanque flotador (5) está formado por un cilindro (5a) unido a dos virolas troncocónicas (5b, 5c) que permiten la unión rígida entre este elemento y la estructura superior (4) y la estructura inferior (7). En el tanque flotador (5) se concentra el mayor porcentaje de flotación del sistema. El flotador (5) está formado por un casco de acero reforzado interiormente por cuadernas en ambas direcciones. La unión a las estructuras superior (4) e inferior (7) se realiza mediante bridas atornilladas.

El tanque flotador (5) y el tanque lastre (8) se unen mediante una estructura inferior (7), este elemento está formado por chapa de acero con forma troncocónica, con un diámetro mayor en la unión con el flotador (5) que en la unión con el lastre (8). Esta pieza asegura la transmisión de los esfuerzos debidos al par adrizante que estabiliza el sistema además de proporcionar una cantidad considerable de la flotación. Interiormente cuenta con un sistema que permite inundarlo y vaciarlo parcialmente para el ajuste preciso de la línea de flotación.

El tanque lastre (8) es un contenedor encargado de almacenar lastre, compuesto de un líquido (agua) mezclado con un material sólido (que puede ser arena), de forma que permita bajar el centro de gravedad de toda la estructura. Este contenedor es metálico y cuenta con varios compartimentos para poder rellenarlo de forma controlada.

La fijación al fondo marino se realiza mediante tres líneas de amarre (6) que tiene una precarga inicial con el fin de disminuir los desplazamientos de todo el sistema cuando actúa sobre la fuerza del oleaje o del viento. La fijación de los amarres al fondo marino se realiza mediante lastres o anclas (9) en función del tipo de fondo y de la profundidad de la zona de instalación.

Claims (4)

1. Plataforma flotante para la extracción de energía eólica, que comprende una estructura (S) que constituye el soporte del conjunto (P) formado por una torre de aerogenerador (3), una góndola (2) y sus correspondientes palas (1) caracterizado porque la estructura de soporte (S) está formada por una estructura superior (4) que une el conjunto (P) con el tanque flotador (5), que a su vez está unido mediante una estructura inferior (7) al tanque lastre (8), y en donde dicho tanque lastre (8) y dicha estructura inferior (7) están configuradas para controlar el centro de gravedad del conjunto y ajustar la línea de flotación mediante distribución de masas.

2. Plataforma flotante de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el tanque flotador (5) está formado por un cilindro (5a) unido a una virola troncocónica (5b) que lo une a la estructura superior (4) y a otra virola troncocónica (5c) que lo une a la estructura inferior (7).

3. Plataforma flotante de acuerdo con la reivindicación 1 y 2, en donde la estructura inferior (7) está formada por chapa de acero con forma troncocónica, con un diámetro mayor en la unión con el tanque flotador (5) que en la unión con el tanque lastre (8).

4. Plataforma flotante de acuerdo con la reivindicación 1, 2 y 3 en donde el tanque lastre (8) es hueco y puede ser llenado y vaciado de forma controlada en una pluralidad de compartimentos estancos.