ES2452933A1 - Sistema de cimentación por gravedad para la instalación de aerogeneradores offshore - Google Patents

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Abstract

Sistema de cimentación por gravedad para aerogeneradores offshore basado en la utilización de tres bases (1) de hormigón armado y huecas que incorporan un sistema de válvulas para el llenado y vaciado de agua en su interior a modo de lastre. Para unir estas tres bases de hormigón se emplea una estructura metálica (2) con forma de trípode y con altura suficiente para emerger de la superficie libre del agua. A esta estructura metálica se le conectará la torre del aerogenerador mediante una pieza extensión (3) del fuste, situada sobre el nivel del mar, y en la que se instala la zona de atraque, las escaleras y la plataforma de mantenimiento. ****IMAGEN-01**** Alternativamente se presenta otra solución en la que la unión de las bases de hormigón (4) con el elemento de conexión a la torre del aerogenerador (6) se resuelve mediante una estructura metálica en forma de celosía (5).

Description

Título: Sistema de cimentación por gravedad para la instalación de aerogeneradores offshore.
Sector de la técnica: E02D27 /00 (Cimentaciones que sirven de infraestructuras), segt:m la clasificación internacional de patentes.
Estado de la técnica:
Uno de los principales problemas del sector eólico marino es la estructura soporte que sirve como base del aerogenerador. El sector contempla el desarrollo de aerogeneradores fijos y flotantes en función de la profundidad a la que se vaya a instalar el aerogenerador. La viabilidad técnica y económica de la eólica marina pasa por la optimización y el desarrollo de estas estructuras de soporte.
Atendiendo a su forma de apoyarse en el fondo marino existen dos tipos genéricos de estructuras fijas: apoyadas sobre el fondo marino, las cuales se denominan de gravedad, o hincadas en el terreno. Las cimentaciones por gravedad son la solución empleada cuando el fondo no es adecuado para su pilotaje, empleando el peso propio de la cimentación y del posible lastrado del mismo para mantener la turbina estable en posición vertical. En general, se pueden catalogar las soluciones que se han desarrollado para las cimentaciones por gravedad, tanto conceptual como constructivamente de la siguiente forma:
•
Cimentación por gravedad con forma troncocónica, con mayor o menor esbeltez e inclinación de la sección cónica.
•
Cimentación compuesta por una base ancha sobre la que se construye un fuste esbelto. Es 'una solución similar a la utilizada en pilas de puentes.
Estas soluciones pueden incluir faldones de acero en la base para confinar el terreno para facilitar la hinca por cámaras de succión y/o desarrollar mejoras del suelo localizadas, dependiendo de las características del mismo.
Explicación:
La selección de la cimentación de un aerogenerador offshore, para soluciones pilotadas como por gravedad, está condicionada por dos factores predominantes: la naturaleza geomorfológica del fondo marino y la profundidad del potencial emplazamiento.
A medida que nos aproximamos a los 40-50 metros de profundidad la instalación de aerogeneradores offshore encuentra dificultades económicas y técnicas que limitan el desarrollo de este sector y su rentabilidad. Las dimensiones de las cimentaciones, las dificultades constructivas y de puesta en obra, las cargas transmitidas al terreno y la potencial pérdida de verticalidad del conjunto restringen los emplazamientos en los que es viable el desarrollo de estas soluciones en la plataforma costera.
Añadida a las dificultades planteadas, la instalación de algunas de las soluciones desarrolladas hasta la fecha requiere del uso de medios marítimos especializados, específicamente diseñados para su transporte y puesta en obra. Actualmente el número de buques disponible con estas características es muy limitado y el coste del flete o de su ejecución resulta muy elevado.
La solución planteada se basa en la utilización de tres bases (1) de hormigón armado y huecas que incorporan un sistema de válvulas para el llenado y vaciado de agua en su interior a modo de lastre. Una estructura metálica a modo de trípode (2) une estas tres bases de hormigón con un fuste, que arranca desde el centro de la estructura y emerge sobre la superficie libre del agua, al que se le conectará el elemento de unión (3) con la torre del aerogenerador y sobre el que se instala la zona de atraque, las escaleras y la plataforma de mantenimiento.
Una vez transportada la estructura hasta su lugar de instalación, se procede al llenado de agua de las bases de hormigón para su lastrado y fondeo mediante sistemas tradicionales. El diseño del sistema de lastrado permite la reflotación de la estructura una vez fondeada, lo que confiere a la solución una gran versatilidad ante las incertidumbres asociada a la puesta en obra ya la respuesta de terreno a corto y largo plazo.
El hecho de tener tres patas aporta mayor estabilidad frente a las cimentaciones por gravedad monobloque. Además de un mejor comportamiento en suelos menos competentes, proporciona una mejor distribución de las cargas y transmite menos tensiones al terreno. La estructura metálica permite reducir la sección de la estructura, minimizando la superficie en contacto con el oleaje y por.tanto los esfuerzos transmitidos por la interacción flujo-estructura y reduciendo el peso total de la cimentación, bajando el centro de gravedad de la misma y por lo tanto mejorando su navegabilidad.
La cimentación propuesta es totalmente modulable por lo que resulta viable su fabricación en varios centros de producción para su posterior ensamblaje en el puerto.
La solución planteada es autoflotante por lo que puede ser remolcada hasta su emplazamiento definitivo. La configuración en triangulo de los flotadores le confiere una gran estabilidad naval. Además, esta estructura permite el montaje del aerogenerador en puerto lo que permite acelerar el ritmo de montaje puesto que se requieren ventanas operativas más reducidas.
Para su traslado se emplean remolcadores convencionales. El hecho de no requerir buques específicos hace mucho más sencillo disponer de varias unidades permitiendo el transporte e instalación simultánea de varios sistemas, reduciendo los costes y plazos de instalación.
Descripción de los dibujos:
Para una mejor comprensión de la solución planteada se presentan 3 figuras:
•
Figura 1. Vista general de la solución propuesta.
•
Figura 2. Vista en perfil de la solución propuesta.
•
Figura 3. Vista en planta de la solución propuesta.
En las tres figuras presentadas se identifican las partes principales que contiene la cimentación propuesta:
1.
Bases o apoyos de hormigón armado y hueco en el interior, denominados "cajones" en el sector de la ingeniería civil marítima, con un sistema integrado de válvulas que permita el lastrado y deslastrado de la base con agua.
2.
Estructura metálica en forma de trípode que une las bases de hormigón con un fuste metálico hasta la cota de instalación del aerogenerador.
3.
Elemento de conexión de la cimentación con el aerogenerador. Incluye el sistema de atraque del buque de mantenimiento y las escaleras de acceso a la base del aerogenerador, así como el sistema de fijación del aerogenerador a la cimentación.
Además, en la reivindicación 2 se presenta una solución alternativa según las siguientes figuras:
•
Figura 4. Vista general de la solución alternativa propuesta.
•
Figura 5. Vista en perfil de la solución alternativa propuesta.
•
Figura 6. Vista en planta de la solución alternativa propuesta.
En estas tres figuras se identifican las partes principales que contiene la cimentación alternativa propuesta:
4.
Bases o apoyos de hormigón armado y hueco en el interior, denominados "cajones"en el sector de la ingeniería civil marítima, con un sistema integrado de válvulas que permita el lastrado y deslastrado de la base con agua.
5.
Estructura metálica en forma de celosía para unión de las bases de hormigón.
6.
Elemento de conexión de la cimentación con el aerogenerador. Incluye el sistema de atraque del buque de mantenimiento y las escaleras de acceso a la base del aerogenerador, así como el sistema de fijación del aerogenerador a la cimentación.
Exposición detallada de al menos un modo de realización de la invención:
Uno de los posibles métodos de fabricación de la cimentación, teniendo en cuenta el desarrollo de la técnica constructiva en ingeniería civil es el siguiente:
Al tratarse de una estructura mixta de hormigón y acero, se independiza el proceso de fabricación de las bases de hormigón y la estructura metálica. Las bases de hormigón se fabrican en un muelle de un puerto utilizando un dique flotante, denominado cajonero, dotado de un sistema de encofrado deslizante similar al empleado en la construcción de cajones de hormigón para los diques de los puertos. Este proceso permite ejecutar una base de hormigón con un índice de huecos elevado en su interior que garantiza la adecuada flotabilidad del mismo. Durante el proceso de fabricación se deja embebido una espera tubular de acero que servirá de unión entre la estructura metálica y las bases de hormigón.
La estructura metálica se realiza por fases en tierra, por un lado el trípode que se conecta él las bases de hormigón y por otro el fuste que sirve de base para el aerogenerador. La estructura metálica se realiza por medio de soldadura de las uniones.
Una vez terminadas las bases de hormigón, y estando al abrigo del puerto, se sitúan las bases en posición y se instala el trípode valiéndose de una grúa. Una vez solidarizado el trípode él las bases se coloca el fuste metálico en posición y se suelda al resto de la estructura. En este momento, el elemento está listo para su pre-fondeo en una zona protegida antes de su transporte definitivo e instalación en el parque eólico offshore.
El proceso de transporte se realiza por medio de remolcadores, que ubicarán el elemento en su posición definitiva y se fondeará utilizando un sistema de anclas y winches, que fijará la
5 posición de la estructura. Por medio de un sistema de válvulas instalado en las bases de hormigón se irá llenando de agua, lo que permitirá su fondeo controlado hasta colocarlo E!n el lecho marino.
Manera en que la invención es susceptible de aplicación industrial:
La industria de la energía eólica marina es uno de los sectores que prevén un mayor desarrollo
10 en los próximos años. En la actualidad, la mayor parte de los grandes promotores eléctricos y los tecnólogos están estudiando las mejores alternativas para la instalación de los aerogeneradores en el mar.
La solución que se propone resuelve la cimentación para la instalación de las turbinas en buena parte de los emplazamientos que se plantean, permitiendo la instalación de miles de 15 aerogeneradores. Los tecnólogos y su industria auxiliar van a adaptar sus procesos para la fabricación y suministro de estas cimentaciones.
La estructura metálica está compuesta por tubos de dimensiones inferiores a los propios fustes del aerogenerador (6-3 metros), existiendo potenciales sinergias con la propia industria eólica.
Es una solución completamente modulable y por tanto admite estrategias de fabricación en
20 distintos centros para su posterior ensamblaje en el puerto. De esta forma se minimizan posibles problemas en los suministros de materiales. Los propios cajones son de tamaño tal que también permitiría su fabricación en distintos centros y posteriormente ser transportados al puerto de ensamblaje.

Claims (2)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Sistema de cimentación por gravedad para la instalación de aerogeneradores offshore caracterizado por su buen comportamiento en emplazamientos geotécnicamente poco competentes, buena estabilidad gracias a su geometría con tres puntos de apoyo, y
    5 autoflotabilidad y estabilidad naval lo que permite su transporte mediante remolcadores tradicionales. Contiene los siguientes elementos:
    -
    Tres bases de hormigón armado (1) construidas mediante cajones de hormigón, autoflotantes y equipadas con válvulas de llenado y vaciado de agua permitiendo su lastrado para su fondeo en su emplazamiento definitivo.
    10 -Estructura metálica en forma de trípode (2) que une las bases de hormigón (1) con el elemento de conexión a la torre del aerogenerador (3). Presenta un reducido peso facilitando su transporte y ensamblado con el resto de componentes.
    -
    Elemento metálico cilíndrico (3) para la conexión de la cimentación con el aerogenerador, sobre el que se instala la zona de atraque, la plataforma de mantenimiento y las escaleras de 15 acceso.
  2. 2. Sistema de cimentación por gravedad para la instalación de aerogeneradores offshore según reivindicación 1, en la que la unión de las bases de hormigón (4) con el elemento de conexión a la torre del aerogenerador (6) se resuelve mediante una estructura metálica en celosía (5).
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