ES2439777A1 - Proceso de sustitucion o remoción de aerogenerador en estructuras flotantes monolíticas tipo spar - Google Patents

Abstract

Proceso de sustitución o remoción de aerogenerador en estructuras flotantes monolíticas tipo SPAR. La presente invención hace referencia al proceso de sustitución de un aerogenerador en una estructura flotante monolítica tipo SPAR fondeada. La invención se basa en la inundación controlada de la estructura flotante tal que la coronación de la estructura quede situada a una altura sobre el nivel medio del mar (NMM), entre 5 y 20 m, para que la coronación de la estructura y el aerogenerador sean fácilmente accesibles desde la cubierta de una embarcación tipo catamarán que se acople a la estructura y, mediante un sistema de puente grúa o similar, efectuar tareas de mantenimiento y/o sustitución sin necesidad de grúas flotantes. Finalizadas dichas tareas, la estructura se emerge mediante evacuación por bombeo del agua interior, permitiendo también reajustar la línea de flotación y la tensión en los amarres si las nuevas condiciones de masa lo requieren.

Description

Proceso de sustitución o remoción de aerogenerador en estructuras flotantes monolíticas tipo SPAR.

Objeto de la invención

El objeto principal de la invención se refiere al método de sustitución, completa o parcial, de aerogeneradores u otros elementos previamente instalados sobre estructuras monolíticas flotantes tipo SPAR. Se enmarca en el ámbito de las energías renovables, en concreto energía eólica marina, siendo de especial utilidad teniendo en cuenta que las estructuras de soporte disponen, en general, de una mayor vida útil que los elementos instalados en ellas, permitiendo una reducción significativa de los costes debidos a dichas estructuras en la explotación de parques eólicos marinos.

Aplicable a estructuras tipo SPAR flotantes, huecas en su interior y auto estables, por estar el centro de gravedad del conjunto, por debajo del centro de flotación.

Antecedentes de la invención

Los estudios y prototipos realizados en el ámbito de los parques eólicos marinos flotantes han puesto de manifiesto que uno de los mayores costes en su construcción radica en la propia estructura de soporte de los aerogeneradores, que debido a sus grandes dimensiones y características específicas encarecen de forma significativa el coste de las instalaciones.

Éste ha sido uno de los principales motivos por los que la industria ha apostado firmemente en el diseño y fabricación de aerogeneradores de gran potencia, que permitan suplir parte de este sobrecoste a cambio de aumentar la potencia instalada.

Pese a ello, no podemos obviar el hecho que los aerogeneradores disponen de una vida útil limitada a un cierto número de horas de funcionamiento, que en el caso de infraestructuras marinas se ve reducida debido a la fuerte agresividad del ambiente y la mayor proporción de horas de producción respecto a las instalaciones terrestres.

Sin embargo, existe una gran experiencia en el mundo sobre la construcción de estructuras marinas, bien sean de acero, hormigón u otros materiales, siendo factible la construcción de estructuras muy durables en estos tipos de ambiente, sin suponer un gran coste adicional, especialmente en el caso de estructuras de hormigón.

Bajo este planteamiento parece lógico plantearse aprovechar las estructuras de soporte durante la explotación de los parques eólicos marinos, de forma que la vida útil de los parques no sea restringida por los propios aerogeneradores sino por las estructuras de soporte, que sólo deberán ser sustituidas cuando el daño, por fatiga en determinados elementos, alcance determinados umbrales. De esta forma se puede prolongar notoriamente la vida útil de los parques eólicos marinos, permitiendo sustituir los aerogeneradores sin necesidad de nuevas y costosas estructuras de soporte.

Actualmente existen patentes como la US2011139056A1 y la CN102161375A, donde se plantea el transporte del tramo aéreo de la estructura ya ensamblado al aerogenerador, tratándose de una sola pieza posicionada en vertical, sobre barcazas tipo catamarán de forma que posicionándose sobre el elemento sumergido permite conectar la torre superior sin necesidad de grandes grúas y limitando las operaciones en alta mar a una sola conexión. Estas patentes no contemplan el hecho de que se trate de una estructura monolítica, sino que suponen que el elemento flotante o fijado al fondo ya se halla instalado, por lo que no son aplicables a elementos masivos monolíticos que deben tratarse como una sola pieza. Además, las patentes referidas presentan el inconveniente de tener que transportar una masa muy importante con un baricentro elevado sobre el NMM, lo que exigiría el empleo de grandes embarcaciones especiales.

Descripción de la invención

La presente invención hace referencia al proceso de sustitución de un aerogenerador en una estructura flotante monolítica tipo SPAR fondeada. Puesto que al tratarse de estructuras de gran tamaño, del orden de 150-300 metros de longitud no es viable su transporte hasta tierra, para sustituir los aerogeneradores. En la actualidad, el montaje de los aerogeneradores sobre los distintos prototipos de estructuras/plataformas de soporte flotantes se realiza mediante el uso de grandes grúas marinas sobre pontones flotantes, suponiendo un enorme coste de movilización de las mismas así como un riesgo importante para la seguridad de la operación. La experiencia existente en plataformas flotantes radica de la industria del petróleo, donde las plataformas son estructuras masivas, con una gran estabilidad y plataformas de trabajo que permiten albergar sus propias grúas, por lo que el problema se presenta con este nuevo concepto de estructuras de soporte, mucho menos masivas y que requieren técnicas de montaje más eficientes y seguras.

La invención se basa en la inundación controlada de la estructura flotante de forma que la coronación de la estructura quede situada a una altura sobre el nivel medio del mar (NMM) de entre 5 y 20m. Dicha altura corresponde a la altura de la plataforma de trabajo de una embarcación de tipo catamarán o similar, de manera que la embarcación se fija a la estructura mediante un sistema incorporado en el espacio entre los cascos de la embarcación, quedando la coronación de la estructura a una altura fácilmente accesible desde la cubierta de trabajo. Además, al quedar fijada la estructura y la embarcación, el sistema es mucho menos sensible a las oscilaciones provocadas por el oleaje y el viento, facilitando enormemente las tareas a realizar y aumentando la seguridad de las operaciones.

La embarcación debe disponer de un sistema de grúa, como puede ser un puente grúa sobre la cubierta, que permita la desinstalación del aerogenerador existente y el montaje del nuevo, así como de gatos situados sobre la cubierta, tangentes a el perímetro de la estructura, que permitan una correcta sujeción de la estructura a la embarcación.

Una vez removido o sustituido el aerogenerador, la embarcación puede desacoplarse de la estructura y mediante la evacuación del agua interior se restituye a su posición original.

Durante todo el proceso, la estructura es completamente estable debido al peso de lastrado existente en su interior, de modo que el hecho de proceder a su inundación aumenta su estabilidad al aumentar el efecto péndulo sobre ésta.

Además, al tratarse de un desplazamiento puramente vertical, no es necesario desconectar la estructura de sus puntos de amarre, pudiendo ajustar finalmente la tensión en ellos a través del bombeo de agua interior, absorbiendo las más que probables variaciones de peso entre el antiguo aerogenerador y el nuevo.

Debido al proceso planteado, las estructuras deben presentar una total estanqueidad en toda la longitud de la misma. Esto debe tenerse especialmente en cuenta en el tramo que sobresale sobre el NMM, puesto que durante condiciones de explotación no es imprescindible pero que debe preverse para estas futuras intervenciones.

Pese a la necesidad de estanqueidad, también resulta interesante disponer de salidas al exterior a lo largo del tramo superior durante el proceso de emergido de la estructura, con el fin de evitar sistemas de bombeo sobredimensionados para elevar el agua bombeada hasta la coronación de la estructura, que puede llegar a unos 90m sobre el NMM.

Añadiendo una serie de aberturas laterales, que puedan ser selladas, en el tramo que finalmente queda sobre el NMM, se reduce la altura necesaria de bombeo, maximizando la eficiencia de la extracción de agua. Pese a éste hecho, la altura necesaria de bombeo puede superar los 100m, des del fondo de la estructura hasta el NMM.

Durante el proceso de llenado y vaciado de agua, del interior del fuste, en ningún momento se pierde la condición de equilibrio de flotación, que hace que el centro de gravedad del conjunto (masa de la estructura, del aerogenerador, del lastre y del agua) están por debajo del centro de gravedad del volumen de agua desplazado, garantizándose siempre la auto estabilidad y que el fuste se mantenga vertical sin posibilidad de que se tumbe o se hunda.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Seguidamente se describen brevemente las figuras que ayudan a comprender mejor la invención y que se encuentran directamente relacionadas con la invención, presentadas a modo de ejemplo, sin ser limitantes de ésta.

FIG 1: Situación inicial de la estructura en posición de operación

FIG 2: Proceso de inundación controlada y descenso del fuste de la estructura flotante auto equilibrada

FIG 3: Acoplamiento barcaza de montaje o mantenimiento de aerogenerador a la estructura.

FIG 4: Emersión de la estructura.

FIG 5: Reajuste de la tensión en amarres y restitución de la cota de la SPAR.

Tal y como se observa en la figura 1, la estructura SPAR (11)en configuración original se halla fondeada con un cierto lastrado sólido inferior (12) y fijada al lecho marino mediante las correspondientes líneas de amarre (13).

En la figura 2 se observa el proceso de inundación de la estructura. El proceso se realiza mediante el añadido de agua en su interior (21) hasta que la coronación de la estructura se encuentra a como máximo 20 metros sobre el NMM. Debido a la existencia de lastrado sólido, la estructura es en todo momento auto estable, no siendo necesario ningún elemento auxiliar para garantizar su estabilidad.

En la figura 3 se muestra el acoplamiento de una embarcación tipo catamarán (32) contra la estructura. El proceso de mantenimiento o sustitución del aerogenerador se realiza mediante un puente grúa o similar (31) situado sobre la cubierta de la embarcación.

En la figura 4 se muestra el proceso de emersión de la estructura mediante la evacuación del agua interior a través de un sistema de bombeo (42) que permite elevar el agua hasta pocos metros sobre el NMM. Con el fin de garantizar que la cota de salida del agua interior al exterior se mantenga lo más estable posible, se disponen una serie de orificios en los paramentos laterales de la estructura (43) que tal y como esta va emergiendo se utilizan a modo de puntos de evacuación del bombeo al exterior (41) en cuanto estos emerjan.

En la figura 5 se muestra el ajuste de tensión en los cables de amarre, de forma que ajustando el nivel de agua interior remanente (51) y gracias a la variación en la flotación que esto supone se tensan en mayor o menor medida los amarres (52), pudiendo variarse la cota del conjunto, respecto a la posición inicial, si los cambios de masa del conjunto lo requieren.

Claims (3)

1. REIVINDICACIONES

   1. Procedimiento de sustitución o remoción de aerogenerador en plataforma flotante tipo SPAR monolítica hueca para el soporte de aerogeneradores u otros elementos, caracterizado por un descenso vertical de la estructura hasta alcanzar una altura máxima sobre el NMM de 20m, mediante la inundación controlada de

   5 su interior, posteriormente, el proceso de emersión de la estructura, una vez instalado o no el aerogenerador, se realiza mediante la evacuación del agua de su interior.
2. 2. Procedimiento de instalación de acuerdo a la reivindicación 1, donde el desmontaje del aerogenerador y, en su caso, posterior montaje se realice a través de una embarcación tipo catamarán o similar, acoplada a la estructura y que permita la instalación de dichos elementos desde la cubierta a través de un puente grúa o

   10 similar.
3. 3. Procedimiento de instalación de acuerdo a las reivindicaciones 1 y 2, donde la extracción de agua para la emersión de la estructura flotante de soporte del aerogenerador se realice a través de diversas aberturas u orificios a lo largo de la altura, dispuestas en su paramento, y que a su vez permitan mantener la estanqueidad cuando sea necesario.

   15 4. Procedimiento de instalación de acuerdo a la reivindicación 1 y 2, donde el ajuste de la fuerza en los cables de amarre se realice mediante el ajuste de la línea de flotación de la estructura, variando el lastre de agua hasta que los amarres adquieran la tensión apropiada.