ES2607428B1 - Buque para el transporte e instalación de unidades eólicas fuera costa - Google Patents

Buque para el transporte e instalación de unidades eólicas fuera costa Download PDF

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Abstract

Buque para el transporte e instalación de unidades eólicas fuera costa.#La presente invención se refiere a un buque para el transporte e instalación de unidades eólicas fuera costa que presenta en planta una forma que media entre una "U" en su interior y una "V" en su exterior, semejante al contorno de una herradura que es autopropulsado, que dispone de un sistema de posicionamiento dinámico competente y que tiene un sistema de arriado e izado de gatos de cables ayudado por subsistemas de lastre, defensas, amarras y dispositivos mecánicos/hidráulicos/eléctricos para realizar con seguridad y autonomía las operaciones de transporte e instalación de unidades eólicas fuera costa y/o sus cimentaciones.

Description

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BUQUE PARA EL TRANSPORTE E INSTALACION DE UNIDADES EOLICAS FUERA
COSTA
D E S C R I P C I O N
OBJETO DE LA INVENCION
La presente invention se refiere a un buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa, entendiendose estas en este documento como el conjunto de cimentacion mas aerogenerador o solo como cimentacion, dotado de unas caracterlsticas especiales que le permiten realizar las actividades de transporte e instalacion de las unidades eolicas de forma eficiente y segura.
El objeto de la invencion es un buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa que permite llevar a cabo el transporte de las mismas al emplazamiento de instalacion cumpliendo los requisitos de estabilidad y resistencia estructural a los cargas debidas a las condiciones metoceanicas para el periodo de instalacion y operacion seleccionados, ademas de proporcionar una plataforma estable y estacionaria que permite la instalacion de la unidad eolica mediante su arriado/izado controlado, en condiciones metoceanicas moderadas usando tecnologla de manipulation de cargas pesadas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
El estado de la tecnica en el transporte e instalacion de aerogeneradores marinos se centra actualmente en el uso de buques grua y Jack-ups. La mayorla estan disenados para el transporte e instalacion de los las turbinas eolicas por partes (torre, palas y gondola).si bien existen proyectos de buques especializados que se centran en la instalacion de la turbina eolica como un todo. Respecto a las cimentaciones, ya sean de gravedad o de tipo Jacket, se instalan mediante procedimientos que podrlamos considerar adaptaciones de los utilizados en la industria del petroleo.
La tendencia actual es hacia aerogeneradores de mayor potencia que los actuales, con el objetivo de disminuir los costes por megavatio debidos al transporte e instalacion en la mar, y que son por tanto mas grandes y pesados, de modo que surge la necesidad de transportar e instalar unidades mas altas y pesadas.
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La instalacion de los componentes de la turbinas eolicas con gruas desde buques tipo JackUps esta limitada por el viento (no tanto por el oleaje ni la corriente), ya que este tipo de unidades se apoyan sobre sus patas en profundidades moderadas, siendo esta limitation por viento relevante en zonas con gran recurso eolico.
Aunque el numero de las operaciones de izado necesarias para la instalacion de los componentes de la turbina eolica disminuye con el pre-montaje de los mismos en tierra debido al mayor peso de la parte pre-montada, la operacion es mas sensible a las condiciones ambientales y por tanto la ventana de instalacion puede verse reducida.
El estado de la tecnica conocido hasta ahora relativo a la instalacion de una unidad eolica fuera costa en profundidades intermedias se puede dividir en dos grandes fases: la instalacion de la cimentacion (ya sea esta de gravedad, GBF o GBS (siglas en ingles de "Gravity Based Foundation” o "Gravity Based Support” respectivamente), o de tipo Jacket, y la posterior instalacion del aerogenerador (o de sus partes) sobre la cimentacion.
Las cimentaciones se construyen generalmente en tierra y se transportan hasta el emplazamiento sobre la cubierta de grandes barcazas. Una vez en el emplazamiento, la cimentacion se pone a flote con la ayuda de buques de apoyo o embarcaciones auxiliares (buques grua especiales), llevando a cabo un maniobra de arriado de manera controlada hasta su instalacion.
Para las instalaciones necesarias en la industria eolica marina, ya sea de la cimentacion del aerogenerador, del conjunto cimentacion mas aerogenerador, del aerogenerador en su conjunto o de sus distintas partes, se contempla la utilization de artefactos o unidades que se pueden englobar dentro del termino "unidades de instalacion de turbinas eolicas” o en ingles "Wind Turbine Installation Units” (denomination contemplada en los estandares de DNV). Dentro de esta categorla se diferencia entre "Self Elevating Units” o unidades de autoelevacion (Jack-Ups) y "Column Stabilized Units” o unidades cuya estabilidad se consigue por medio de una carena consistente en columnas. La capacidad de desplazarse con medios propios no esta excluida. Se entiende que todos los demas artefactos especialmente disenados con el fin de servir a la industria eolica fuera costa, se englobarlan dentro de los terminos "Wind Turbine Installation Vessel” o "Wind Turbine Installation Barge”, es decir, buques o barcazas para la instalacion de aerogeneradores, dependiendo si tienen o no medios suficientes de autopropulsion. Es necesario hacer hincapie en el hecho de que las unidades proyectadas para realizar el transporte e instalacion de una unidad eolica
completa o de un aerogenerador en su conjunto, se encuentran aun en fase de desarrollo.
Dentro de las unidades tipo "Jack-Up” se hace a su vez la diferenciacion entre barcazas y buques, atendiendo a la misma razon de la suficiencia de los medios propulsivos que 5 poseen, y siendo caracterlstica principal la capacidad de apoyarse sobre el fondo mediante un sistema de patas elevables. La unidad queda elevada sobre la superficie del mar evitando la accion de las olas sobre el casco de la misma. Por tanto, durante la instalacion se comporta como si fuera una unidad fija apoyada sobre el fondo marino. Las barcazas "Jack-Up” se remolcan hasta el lugar de instalacion.
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La patente europea con numero de publication EP2495162B1 divulga una embarcacion con forma de catamaran autopropulsada capaz de realizar operaciones de transporte e instalacion de turbinas eolicas ya ensambladas a una cimentacion de gravedad. La unidad eolica offshore completa se mantiene unida a la embarcacion a traves de un sistema de 15 cuatro pilotes trincados verticalmente a la cimentacion. La instalacion tambien se realiza a traves de estos pilotes, que sirven como gulas para el descenso vertical de la unidad eolica offshore completa hasta el fondo marino. La embarcacion dota de estabilidad a la unidad eolica y tiene flotabilidad suficiente para variar su calado segun las necesidades del transporte.
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Esta embarcacion presenta una gran sensibilidad a la direccionalidad de las cargas ambientales por carecer de la capacidad de orientarse durante la instalacion.
Todos estos inconvenientes quedan superados con el buque para el transporte e instalacion 25 de unidades eolicas fuera costa de la presente invention aumentando las condiciones metoceanicas maximas para la instalacion de las unidades eolicas, a la vez que se reducen los costes y los plazos de instalacion.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
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La presente invencion se refiere a un buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa que comprende una carena cuya proyeccion en planta presenta esencialmente forma de "U”, preferiblemente forma que media entre una "U” en su interior y una "V” en su exterior, semejante al contorno de una herradura, de tal manera que posibilita
las operaciones de acoplamiento, trincaje y destrincaje de dichas unidades para su transporte y posterior arriado controlado durante su instalacion.
El buque comprende un sistema de arriado e izado que a su vez comprende un conjunto de 5 grupos de gatos de cables situados en al menos tres zonas de arriado e izado, donde preferiblemente dos de dichas zonas estan dispuestas de manera enfrentada en las bandas de babor y estribor y la tercera en la proa del buque, de manera que las tres zonas de arriado e izado se encuentran dispuestas en una circunferencia por cuyo centro pasa un eje vertical alineado con el centro de masas, de carena y de flotation del buque y la unidad 10 eolica.
La unidad eolica se encuentra suspendida de los gatos de cables ejerciendo sobre los mismos una fuerza vertical hacia abajo equivalente a la diferencia entre su peso y su empuje (peso aparente), siendo a traves de dichas fuerzas como se consigue la estabilizacion de la 15 unidad eolica durante el arriado.
El sistema de arriado e izado asl definido acopla los modos de movimiento verticales (arfada, balance y cabeceo) y en cambio permite los modos de movimiento relativo horizontales (largada, deriva y guinada).
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Debido al comportamiento del sistema de arriado e izado frente a los movimientos y giros verticales (arfada, balance y cabeceo) relativos entre el buque y la unidad eolica, se logra transmitir la estabilidad metacentrica del buque durante el proceso de instalacion, permitiendo que la unidad eolica pueda no ser estable por diseno.
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El sistema de arriado e izado realiza el descenso de la unidad eolica controlando de forma combinada la operation de los gatos de cables con una maniobra de lastrado. De esta manera se mantiene una tension estabilizante durante dicha maniobra de arriado o descenso controlado de la unidad eolica y que permite controlar la estabilidad y/o 30 distribution de masas de la unidad eolica y del buque mediante el llenado y/o vaciado por
medio de un sistema de lastre, de unos compartimentos dispuestos en la cimentacion de la unidad eolica y/o del buque. Con esto se consigue minimizar los movimientos y las cargas dinamicas bajo condiciones ambientales dadas durante la instalacion.
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De esta manera, y debido al especial diseno de la carena (o parte del casco sumergida) y a la disposition de los elementos del sistema de arriado e izado (gatos de cables), se logra que el centro de flotation y de carena esten alineados verticalmente con el centro de gravedad de la carga. Ademas, la carena esta disenada para que las inercias de area en la flotacion e inercias hidrodinamicas anadidas esten equilibradas en los modos de balance y cabeceo, lo cual contribuye a la disminucion de las cargas dinamicas y a la independencia de la direction de las condiciones ambientales a la hora de realizar la operation de instalacion.
El buque comprende ademas un sistema de posicionamiento dinamico capaz de proporcionar sensiblemente la misma capacidad de posicionamiento independientemente de la direccion del viento, corriente y oleaje.
Asl mismo, el buque comprende ademas un sistema de trincaje de la carga para su transporte, compuesto por los gatos de cables del sistema de arriado/izado y de un sistema complementario de defensas dispuesto en sus costados interiores y en su fondo. Para el transporte de ciertas tipologlas de cimentaciones y gracias a la action de los gatos de cables del sistema de izado/arriado, dicha cimentacion entrarla en contacto con el sistema de defensas del fondo, y de este modo se evitan o restringen en gran medida los movimientos relativos entre el buque y la unidad eolica. Complementariamente, para el transporte de otro tipo de unidades eolicas, se dispone de un sistema de amarras o de dispositivos mecanicos/hidraulicos/electricos cuya mision es ayudar a los gatos de cables a evitar los movimientos relativos entre la carga y el buque.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva superior del buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa de la presente invention.
La Figura 2 muestra una vista en perspectiva inferior del buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa de la presente invencion.
La Figura 3 muestra una vista perspectiva del buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa de la presente invencion transportando una cimentacion tipo Jacket.
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La Figura 4 muestra una vista perspectiva del buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa de la presente invention transportando una cimentacion de gravedad.
La Figura 5 muestra una vista perspectiva del buque durante el proceso de arriado (descenso) de una cimentacion.
La Figura 6 muestra una vista perspectiva del buque durante el proceso de arriado (descenso) de una unidad eolica completa con una cimentacion de gravedad.
REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION
A continuation se procedera a describir de manera detallada el buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa de la presente invencion.
El buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa presenta una carena monocasco (obra viva), cuya proyeccion en planta esta formada por dos semicascos rectangulares unidos en proa por una figura geometrica cuya llnea interior es una semicircunferencia y cuyas llneas exteriores presentan formas hidrodinamicas que confluyen en la roda (proa), tal y como se observa en la Figura 2.
El buque comprende un sistema de arriado e izado que a su vez comprende un conjunto de grupos de gatos de cable (1) situados al menos en tres zonas de arriado e izado, donde dos de dichas zonas estan dispuestas de manera enfrentada en los semicascos de babor y estribor y la tercera zona en la proa del buque en crujla, de manera que las tres zonas de arriado e izado se encuentran dispuestas en una circunferencia por cuyo centro pasa el eje donde se encuentra dispuesto el centro de masas, de carena y de flotation del buque y la unidad eolica. Preferentemente, las tres zonas de arriado e izado se encuentran dispuestas en los vertices de un triangulo equilatero, con el vertice dispuesto mas a proa en el plano de crujla.
El sistema de arriado e izado comprende ademas un sistema de lastre que permite llevar a cabo el arriado o descenso controlado de la unidad eolica junto con los gatos de cable (1) situados al menos en tres zonas de arriado e izado para mantener una tension estabilizante durante dicha maniobra de arriazo o descenso controlado de la unidad eolica y que permite
controlar la estabilidad y distribution de masas de la unidad eolica y del buque mediante el llenado y vaciado por medio del sistema de lastre de unos compartimentos o tanques dispuestos tanto en una cimentacion (3) de la unidad eolica como en el propio buque.
5 El buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa comprende ademas un sistema de posicionamiento dinamico disenado para proporcionar sensiblemente la misma capacidad de posicionamiento independientemente de la direction del viento, corriente y oleaje, que comprende un conjunto de propulsores (4), preferentemente dos propulsores (4) dispuestos en los extremos de popa de los semicascos y dos propulsores (4)
10 dispuestos de manera adyacente al vertice en la proa del buque.
El buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa comprende ademas un sistema de trincaje de la carga para su transporte, compuesto por los gatos de cable (1) del sistema de arriado e izado junto con un sistema complementario de defensas
15 (5) dispuesto en los costados interiores del buque y en el fondo, que entra en contacto con
la unidad eolica a instalar y que trabaja bien por friction o por esfuerzos de compresion en las zonas de contacto entre la unidad eolica y el buque. Este sistema complementario de defensas (5) permite que durante la fase de transporte los movimientos relativos entre el buque y la carga esten restringidos.
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Preferentemente, el sistema de trincaje comprende ademas un sistema de eslingas tensionadas mediante cabestrantes y/o unos cilindros hidraulicos (6) que sujetan la unidad eolica al buque.
25 El buque objeto de la presente invention elimina la necesidad de utilizar medios auxiliares durante el transporte y la instalacion de la unidad eolica, ya que comprende de un sistema de posicionamiento dinamico, de equipos de arriado/izado y lastre, y de un sistema de control de la operation que permite realizar la instalacion de la unidad eolica de manera autonoma.

Claims (7)

  1. 5
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    R E I V I N D I C A C I O N E S
    1. -. Buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa que comprende una carena cuya proyeccion en planta presenta esencialmente forma de "U” caracterizado por que comprende un sistema de arriado e izado que a su vez comprende un conjunto de grupos de gatos de cable (1) situados en al menos tres zonas de arriado e izado, de manera que dichas zonas de arriado e izado se encuentran dispuestas en una circunferencia por cuyo centro pasa un eje vertical donde se encuentra dispuesto el centro de masas, de carena y de flotation del buque y la unidad eolica.
  2. 2. -. Buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa segun reivindicacion 1 caracterizado por que las tres zonas de arriado e izado se encuentran dispuestas en los vertices de un triangulo equilatero, con el vertice dispuesto mas a proa en el plano de crujla.
  3. 3. - Buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa segun reivindicacion 1 caracterizado por que la carena presenta una proyeccion en planta con forma de "U” preferiblemente, mas preferiblemente con una forma que media entre una "U” en su interior y una "V” en su exterior, semejante al contorno de una herradura.
  4. 4. -. Buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el sistema de arriado e izado comprende ademas un sistema de lastre que permite llevar a cabo el arriado o descenso controlado de la unidad eolica operando conjuntamente con los gatos de cable (1) para mantener una tension estabilizante durante dicha maniobra de arriado o descenso controlado de la unidad eolica y que permite controlar la estabilidad y/o distribution de masas de la unidad eolica y del buque mediante el llenado y/o vaciado por medio del sistema de lastre de unos compartimentos dispuestos en una cimentacion (3) de la unidad eolica y/o del buque.
  5. 5. -. Buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende ademas un sistema de posicionamiento dinamico que proporciona una capacidad de posicionamiento independientemente de la direction del viento, corriente y oleaje y que comprende un conjunto de propulsores (4) dispuestos en el fondo de la embarcacion.
  6. 6.-. Buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa segun
    reivindicacion 5 caracterizado por que el sistema de posicionamiento dinamico comprende propulsores (4) dispuestos tanto en los extremos de los semicascos como en la parte de 5 proa del buque.
    7 -. Buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa segun
    reivindicacion 3 caracterizado por que comprende un sistema de trincaje de la carga para su
    transporte, compuesto por los cables del sistema de arriado/izado junto con un sistema 10 complementario de defensas (5) dispuesto en los costados interiores de la U y en el fondo del buque.
  7. 8.-. Buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa segun
    reivindicacion 7 caracterizado por que el sistema de trincaje comprende un sistema de 15 amarras o de dispositivos mecanicos/hidraulicos/electricos.
    9 -. Buque para el transporte e instalacion de unidades eolicas fuera costa segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que es autopropulsado.
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