ES2660886B1

ES2660886B1 - Foundation for floating wind turbines

Info

Publication number: ES2660886B1
Application number: ES201600704A
Authority: ES
Inventors: Salcedo Juan Pablo Nebrera
Original assignee: Clecoser SL; Clecoser S L
Current assignee: Cobra Servicios Comunicaciones y Energia SL
Priority date: 2016-08-26
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2019-01-17
Anticipated expiration: 2036-08-26
Also published as: ES2660886A1; WO2018037139A1

Description

D E S C R I P C I Ó ND E S C R I P C I O N

Fundación para aeroqeneradores flotantesFoundation for floating aero-generators

SECTOR DE LA TÉCNICASECTOR OF THE TECHNIQUE

Fundaciones para aerogeneradores flotantesFoundations for floating wind turbines

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

Los aerogeneradores off-shore se han desarrollado mucho en los últimos años, especialmente los apoyados en el fondo marino.Off-shore wind turbines have developed a lot in recent years, especially those supported on the seabed.

Sin embargo, por encima de una cierta profundidad, los costes de este tipo de fundaciones (monopilote, jacket, gravity-based, etc.) se vuelven excesivos, por lo que existe una gran actividad de desarrollo de nuevas fórmulas basadas en fundaciones flotantes amarradas o ancladas de algún modo al fondo marino.However, beyond a certain depth, the costs of this type of foundations (monopile, jacket, gravity-based, etc.) become excessive, so there is a great activity of developing new formulas based on moored floating foundations or anchored in some way to the seabed.

Estas soluciones son muy variadas, tanto en cuanto a los materiales a utilizar, a los diseños para asegurar una cierta estabilidad del aerogenerador (especialmente en cuanto a aceleraciones y verticalidad del fuste), y a los sistemas constructivos y de transporte e instalación utilizados.These solutions are very varied, both in terms of the materials to be used, the designs to ensure a certain stability of the wind turbine (especially in terms of accelerations and verticality of the shaft), and the construction systems and transport and installation used.

Casi en todos los casos se utilizan como materiales el acero y el hormigón, en estructuras cuyo diseño trata de:In almost all cases steel and concrete are used as materials, in structures whose design deals with:

- acumular una masa importante que aleje las frecuencias de la estructura soporte de las de las olas- accumulate an important mass that distances the frequencies of the support structure from those of the waves

- reducir las necesidades de calado durante la construcción y puesta en agua- reduce draft requirements during construction and putting into water

- en algunos casos, reducir o eliminar la necesidad de grandes buques o artefactos especiales para el transporte e instalación de las fundaciones y sus correspondientes aerogeneradores- in some cases, reduce or eliminate the need for large vessels or special devices for the transport and installation of foundations and their corresponding wind turbines

- posibilitar el desamarre de la fundación y el aerogenerador desde su lugar de instalación para transportarlos a puerto para grandes reparaciones, y volver a instalarlos en su posición una vez terminada la reparación- enable the uncoupling of the foundation and the wind turbine from its place of installation to transport them to port for major repairs, and reinstall them in their position once the repair is finished

- en algunos casos, la fundación no es totalmente pasiva, puesto que se puede mover el agua que hace de lastre en tanques de hormigón o acero para compensar los movimientos debidos al oleaje o al momento de vuelco producido por el viento sobre las palas del aerogenerador.- In some cases, the foundation is not totally passive, since it can move the water that acts as ballast in concrete or steel tanks to compensate the movements due to the swell or the moment of tipping produced by the wind on the blades of the wind turbine .

- el sistema constructivo idealmente debe hacer posible la construcción del conjunto en tierra para su transporte ya completo hasta su lugar de instalación, donde se amarra al sistema de amarre preinstalado; dependiendo del diseño del sistema y de su procedimiento constructivo, los requisitos del puerto o yard donde se realice la construcción pueden ser más o menos exigentes- the construction system should ideally make it possible to build the assembly on land for its complete transport to its installation site, where it is tied to the pre-installed mooring system; depending on the design of the system and its construction procedure, the requirements of the port or yard where the construction is carried out can be more or less demanding

- conseguir, especialmente cuando se trata de estructuras tipo spar (en las que solo sobresale el fuste de la superficie del agua), la mayor distancia posible entre el centro de carena (lo más alto posible) y el de gravedad (lo más bajo posible), de forma que la pérdida de verticalidad inducida por el oleaje o los esfuerzos del viento sobre el aerogenerador se compensen por el momento adrizante- achieve, especially in the case of spar-type structures (in which only the shaft of the water surface protrudes), the greatest possible distance between the center of the hull (as high as possible) and the gravity center (as low as possible) ), so that the loss of verticality induced by the swell or the wind forces on the wind turbine are compensated by the righting moment

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓNEXPLANATION OF THE INVENTION

La fundación que se propone se caracteriza por comprender:The proposed foundation is characterized by understanding:

- Una estructura ligera compuesta por una combinación de miembros rígidos y cables, en forma general de jaula, en cuyo centro se inserta la parte inferior del fuste del aerogenerador- A light structure composed of a combination of rigid members and cables, in the general form of a cage, in whose center the lower part of the wind turbine shaft is inserted

- En todos o algunos de los espacios huecos de la estructura se aloja una pluralidad de bolsas de tamaños y formas variables, construidas con materiales polimérlcos semirrígidos resistentes al agua de mar, que se lienan o vacían a voluntad con varios fluidos en distintos momentos de la construcción, transporte, instalación y operación del conjunto- In all or some of the hollow spaces of the structure a plurality of bags of variable sizes and shapes are housed, constructed with semirigid polymeric materials resistant to seawater, which are filled or emptied at will with several fluids at different times of the construction, transportation, installation and operation of the set

- Las citadas bolsas se diseñan para modificar a voluntad su volumen, presión y/o densidad del fluido que contienen- The aforementioned bags are designed to modify at will their volume, pressure and / or density of the fluid they contain

- Los compartimentos y bolsas se integran mecánicamente con la estructura, para la que se utilizan materiales tales como acero, hormigón u otros; en las realizaciones preferentes, para conseguir un bajo coste, se utilizarán elementos de hormigón pre y pos-tensados y cables, generalmente de acero- The compartments and bags are mechanically integrated with the structure, for which materials such as steel, concrete or others are used; in the preferred embodiments, to achieve a low cost, pre-and post-tensioned concrete elements and cables, generally of steel, will be used.

- Un sistema de bombeo de líquidos y compresión de aire, manejado por un sistema de control que tiene en cuenta variables tales como inclinación del mástil y profundidad del conjunto o de partes específicas respecto de la superficie del agua, y que actúa para inyectar o dejar escapar fluidos de los compartimentos activos, de forma que el comportamiento de la estructura soporte sea el adecuado para cada modo de operación en cada momento La invención permite realizaciones bien del tipo semisumergible o bien del tipo spar, añadiendo en este caso lastre en la parte inferior, a fin de bajar el centro de gravedad; comprende una base de forma cilindrica o prismática con una estructura en forma general de jaula; el fuste del aerogenerador se prolonga en una base (algo ensanchada en una realización preferente), que se Inserta en esta base hasta llegar a la parte inferior de la jaula, y, entre otras funciones, aloja parte de los componentes electromecánicos, como bombas de agua, compresores, sensores y sistema de control de la fundación. La estructura en forma de jaula Fig. 1 y Fig. 2 contiene distintos tipos y formas de bolsas semirrígidas; en una de las realizaciones preferentes, serían bolsas de tres tipos.- A system for pumping liquids and compressing air, driven by a control system that takes into account variables such as mast inclination and depth of the set or of specific parts with respect to the surface of the water, and that acts to inject or leave escape fluids from the active compartments, so that the behavior of the support structure is adequate for each mode of operation at any time The invention allows for either the semi-submersible or the spar type, adding ballast in the lower part , in order to lower the center of gravity; it comprises a base of cylindrical or prismatic shape with a structure in the general form of a cage; the shaft of the wind turbine extends into a base (somewhat enlarged in a preferred embodiment), which is inserted in this base until reaching the lower part of the cage, and, among other functions, houses part of the electromechanical components, such as water pumps, compressors, sensors and the foundation's control system. The cage-like structure Fig. 1 and Fig. 2 contains different types and shapes of semi-rigid bags; in one of the preferred embodiments, they would be bags of three types.

Las bolsas de tipo (a), situadas en la parte más baja de la jaula, pueden contener, dependiendo del modo de operación, agua de mar (densidad 1,03 kg/dm3), o salmuera de densidad hasta de 1,24 kg/dm3.The bags of type (a), located in the lowest part of the cage, may contain, depending on the mode of operation, seawater (density 1.03 kg / dm3), or brine with a density up to 1.24 kg. / dm3.

Igualmente, dependiendo del modo de operación, las bolsas tipo (b) pueden contener agua dulce, salmuera o agua de mar.Also, depending on the mode of operation, type bags (b) may contain fresh water, brine or seawater.

Las bolsas del tipo (c) contendrán normalmente más o menos volumen de aire ligeramente comprimido.Bags of type (c) will normally contain more or less volume of slightly compressed air.

En una realización preferente, diseñada para trabajar principalmente como semisumergible, la estructura consta de cuatro “forjados" rígidos, de los que una posible realización del superior se muestra en la Fig. 3. Estos forjados pueden construirse con jácenas de acero o de hormigón pretensado o postensado.In a preferred embodiment, designed to work mainly as semi-submersible, the structure consists of four rigid "slabs", of which a possible embodiment of the upper one is shown in Fig. 3. These slabs can be constructed with steel beams or prestressed concrete. or post-tensioned.

Los forjados van unidos entre sí por cables (Fig.2) (d 1) ubicados en los nodos; a su vez, los nodos principales están conectados por cables (d2) al fuste del aerogenerador. Otros cables (d3) unen diagonalmente los nodos para dar mayor rigidez a la estructura cuando ésta entra en carga.The floors are joined together by cables (Fig.2) (d 1) located in the nodes; In turn, the main nodes are connected by wires (d2) to the shaft of the wind turbine. Other cables (d3) connect diagonally the nodes to give greater rigidity to the structure when it enters load.

En la parte baja del fuste se puede crear un espacio Fig. 2 (e) donde se aloje un lastre complementario: el tipo y cantidad de este lastre dependerá de! lugar y procedimiento elegido para la construcción dei conjunto. En los casos en que se pretenda operar como spar de forma permanente, será necesario que el primer forjado se realice en hormigón u otro material pesado (Fig. 4 (B) (1) o Fig. 7 (A) (1), a fin de bajar el centro de gravedad suficientemente. El diseño completo depende mucho del tipo de aerogenerador, ya que puede haber grandes diferencias de peso incluso para máquinas de la misma potencia.In the lower part of the shaft a space can be created Fig. 2 (e) where a complementary ballast is housed: the type and quantity of this ballast will depend on! place and procedure chosen for the construction of the whole. In cases where it is intended to operate as a spar permanently, it will be necessary for the first slab to be made of concrete or other heavy material (Fig. 4 (B) (1) or Fig. 7 (A) (1), a In order to lower the center of gravity sufficiently, the complete design depends very much on the type of wind turbine, since there can be large differences in weight even for machines of the same power.

En estado operativo normal el sistema de control mantiene a la estructura a la altura deseada sobre la superficie. A este respecto es de destacar que, en condiciones de mar normales, la estructura diseñada como semisumergible se mantiene a flote (Fig. 4 (A)), aumentando la altura del buje del aerogenerador y al menos potencialmente el viento que es capaz de capturar. En condiciones de mar muy adversas, y siempre que se haya diseñado para trabajar como spar en estas condiciones, el comportamiento en supervivencia mejora al sumergirse la estructura (Fig. 4 (B)) hasta una profundidad a la que apenas afecten los esfuerzos inducidos por el oleaje. En otras realizaciones preferentes puede modificarse el diseño, utilizando los mismos conceptos básicos de la invención, para operar como spar en todas las condiciones de operación.In normal operating state the control system keeps the structure at the desired height above the surface. In this regard it is noteworthy that, under normal sea conditions, the structure designed as semi-submersible remains afloat (Fig. 4 (A)), increasing the height of the wind turbine hub and at least potentially the wind that is capable of capturing . In very adverse sea conditions, and provided that it has been designed to work as a spar under these conditions, the survival behavior improves when the structure is submerged (Fig. 4 (B)) to a depth that is hardly affected by the forces induced by the swell In other embodiments Preferred, the design can be modified, using the same basic concepts of the invention, to operate as a spar in all operating conditions.

La profundidad en estado operativo, es decir, con el conjunto amarrado al fondo y conectado a su cable dinámico de evacuación de energía, se regula principalmente inyectando más o menos aire a las bolsas (c) Fig. 2. En la realización preferente como semisumergible, las bolsas (c) ubicadas en el tercio exterior de su piso están siempre llenas de aire, equilibrando su flotabilidad (junto con la del espacio hueco de la parte baja del fuste) el peso real o aparente de nacelle, fuste, todas las estructuras y bolsas con salmuera Las bolsas (c) de los dos tercios centrales se usarán para regular la profundidad, al inyectarles más o menos volumen de aire.The depth in operative state, that is to say, with the assembly moored to the bottom and connected to its dynamic cable for evacuating energy, is regulated mainly by injecting more or less air into the bags (c). Fig. 2. In the preferred embodiment as semi-submersible , the bags (c) located in the outer third of their floor are always full of air, balancing their buoyancy (together with that of the hollow space of the lower part of the shaft) the real or apparent weight of nacelle, shaft, all structures and bags with brine The bags (c) of the middle two thirds will be used to regulate the depth, by injecting more or less volume of air.

En este estado operativo las bolsas (a), y parte o todas las (b), están llenas de salmuera de la mayor densidad posible, con el objeto de bajar el centro de gravedad del conjunto La distancia entre las bolsas (c) y (a) afecta a la separación entre el centro de gravedad y el de carena, que es un parámetro importante que afecta de forma directa al comportamiento en mar del conjunto (seakeeping).In this operating state the bags (a), and part or all (b), are filled with brine of the highest possible density, in order to lower the center of gravity of the set. The distance between the bags (c) and ( a) it affects the separation between the center of gravity and the one of careening, which is an important parameter that directly affects the sea behavior of the set (seakeeping).

Las bolsas (b), rellenas en operación bien de agua de mar o de salmuera, tienen por objetivo aumentar la masa del conjunto y alejarse de las frecuencias del oleaje, del aerogenerador o de los cambios de viento en todo momento.The bags (b), filled in operation either with seawater or brine, aim to increase the mass of the whole and move away from wave frequencies, the wind turbine or changes in wind at all times.

Las bolsas (c), además de aportar la mayor parte de la flotabilidad, permiten la compensación activa del momento de vuelco causado por el viento continuo sobre las palas del aerogenerador, contribuyendo a mantener la verticalidad del fuste, en especial en situaciones de viento sostenido.The bags (c), in addition to providing most of the buoyancy, allow the active compensation of the tipping moment caused by the continuous wind on the blades of the wind turbine, contributing to maintain the verticality of the shaft, especially in situations of sustained wind .

El invento permite adoptar sistemas constructivos fácilmente industrializadles y que no requieren de grandes medios auxiliares ni en el puerto, ni en su transporte ni en su instalación en el mar.The invention makes it possible to adopt easily industrialized construction systems that do not require large auxiliary means in the port, nor in its transport nor in its installation at sea.

Los forjados se pueden armar en tierra, usando piezas prefabricadas.The slabs can be assembled on the ground, using prefabricated pieces.

El primer paso sería construir la base del fuste y ubicarlo en el centro del espacio donde vayamos a hacer el montaje. Alrededor de esta base iremos armando los forjados. Una vez armada la estructura del forjado inferior y fijada ésta al fuste, se instalan sobre este las bolsas (a) y se llenan de aire; a continuación se instala el segundo forjado, sobre el que se fijan las bolsas (b) y se llenan de aíre, el tercer forjado donde se fijan las (c), llenándolas también de aire y por último se arma el cuarto forjado. En paralelo se instalan ios cables que unen los forjados entre sí y el forjado superior con el fuste, si bien éstos últimos quedarán flojos, al no estar Instalada la sección del fuste a la que se unirán.The first step would be to build the base of the shaft and locate it in the center of the space where we will do the assembly. Around this base we will build the slabs. Once the structure of the lower floor is assembled and fixed to the shaft, the bags (a) are installed on it and filled with air; next the second slab is installed, on which the bags (b) are fixed and filled with air, the third slab where the (c) are fixed, also filling them with air and finally the forged room is armed. In parallel, the cables that connect the slabs to each other and the upper slab with the shaft are installed, although the latter will be loose, since the section of the shaft to which they will be joined is not installed.

A continuación se pone en mar el conjunto, bien arrastrándolo por una superficie de hormigón tipo playa o con una grúa y una estructura auxiliar que evite esfuerzos excesivos, dado que en este momento, como se ha dicho, todavía no están instalados los cables que unirán el forjado superior con el fuste (aunque sí deben instalarse los cables de arriostramiento de la estructura).Then the set is put to sea, either by dragging it along a surface of beach type concrete or with a crane and an auxiliary structure that avoids excessive efforts, since at this moment, as it has been said, the cables that will join the upper slab with the shaft are not yet installed (although the bracing cables must be installed) of the structure).

Es importante destacar que en este momento el conjunto flota casi totalmente, por lo que requiere un calado mínimo para su maniobra en el puerto.It is important to note that at this moment the whole floats almost completely, so it requires a minimum draft for its maneuver in the port.

Una vez en el mar, llevaremos el conjunto a una zona próxima al muelle cuyo fondo ha sido preparado al efecto (ver Fig. 5 o Fig. 6) donde, vaciando de aire las bolsas (a) y, si es preciso, las (b), lo hundiremos hasta que se apoye en el fondo preparado y nivelado. También puede mantenerse a flote y realizar las siguientes operaciones a flote, dependiendo de lo tranquilas que sean las aguas del puerto.Once at sea, we will take the whole to an area near the pier whose bottom has been prepared for this purpose (see Fig. 5 or Fig. 6) where, emptying the bags (a) and, if necessary, the ( b), we will sink it until it rests on the prepared and leveled bottom. It can also stay afloat and carry out the following operations afloat, depending on how calm the waters of the port are.

Una vez atracado o descansando en el fondo, será necesario añadir el lastre fijo a la base del fuste (si se ha diseñado así), terminar las instalaciones electromecánicas que se alojen en la base del fuste y a continuación instalar la primera sección de la parte aérea de éste, instalando los cables que unen la estructura y el fuste para dar rigidez al conjunto antes de terminar la instalación del fuste y proceder a la instalación y comisionado de la nacelle y las palas.It will be necessary to add the fixed ballast to the base of the shaft (if so designed), finish the electromechanical installations that are housed in the base of the shaft and then install the first section of the aerial part of this, installing the cables that join the structure and the shaft to give rigidity to the whole before finishing the installation of the shaft and proceed to the installation and commissioning of the nacelle and the blades.

Una vez terminado el ‘‘commissioning’’, el conjunto, a través del hinchado de las bolsas, se vuelve a poner en flotación con el calado deseado y se saca a una zona de calado suficiente, donde se llenan (siempre total o parcialmente, dependiendo del calado disponible y otros parámetros de diseño) de salmuera las bolsas (a), de agua de mar o salmuera las (b) y de aire las (c), poniendo el conjunto en el modo de transporteOnce the '' commissioning '' is finished, the whole, through the inflation of the bags, is returned to floating with the desired draft and is taken to a sufficient draft area, where they are filled (always totally or partially, depending on the available draft and other design parameters) brine bags (a), sea water or brine (b) and air (c), putting the set in transport mode

Una vez transportado por remolcadores o anderos hasta su posición final en el mar, se procede al amarrado y conexión del cable dinámico de evacuación eléctrica (preinstalados en el emplazamiento), y se vuelve a sumergir, en todo o en parte, para dejarlo en la posición operativa que se desee (semi o spar).Once transported by tugboats or runners to their final position at sea, the mooring and connection of the dynamic electrical evacuation cable (pre-installed on the site) is carried out, and it is submerged, in whole or in part, to leave it in the desired operational position (semi or spar).

Este procedimiento constructivo preferente se ha expuesto de forma ilustrativa y no limitativa.This preferred construction method has been described in an illustrative and non-limiting manner.

La invención descrita resuelve los problemas planteados para las fundaciones flotantes para aerogeneradores:The invention described solves the problems posed for the floating foundations for wind turbines:

- Se trata de una invención que utiliza materiales económicos y fácilmente reciclables, en cantidades muy inferiores a las otras soluciones que se han planteado, sustituyendo en gran parte hormigón o acero por de agua de mar, salmuera o aire como fluidos alojados en bolsas poliméricas semirrígidas para dar masa, flotabilidad y equilibrio - It is an invention that uses inexpensive and easily recyclable materials, in quantities much lower than the other solutions that have been proposed, replacing in large part concrete or steel with seawater, brine or air as fluids housed in semi-rigid polymer bags to give mass, buoyancy and balance

- Su construcción en puerto o yard es fácilmente industrializable (piezas pequeñas, manejables por grúas corrientes)- Its construction in port or yard is easily industrialized (small parts, manageable by ordinary cranes)

- Es fácil, por su ligereza, poner en el agua la estructura con las bolsas llenas de aire- It is easy, due to its lightness, to put the structure in the water with the air-filled bags

- No requiere grandes calados en puerto; puede terminarse con una grúa desde el muelle- Does not require large drafts in port; can be finished with a crane from the dock

- Permite llevar el conjunto hasta su posición definitiva y amarrarlo sin artefactos o buques especiales, usando simples remolcadores o buques anderos - Su instalación en su ubicación definitiva no tiene requisitos especiales en cuanto a las condiciones meta-oceánicas, ampliando la ventana temporal en que esta instalación se puede realizar en áreas con condiciones metaoceánicas frecuentemente muy adversas, como p e. el mar del Norte- It allows to take the set to its final position and tie it without special devices or vessels, using simple tugs or sidewalks - Its installation in its final location does not have special requirements in terms of meta-oceanic conditions, extending the time window in which it is Installation can be done in areas with often very adverse metaoceanic conditions, such as p. the North Sea

- Puede usarse como spar o como semisumergible, simplemente cambiando en el diseño la flotabilidad de las bolsas (más o menos aire), añadiendo más peso al forjado inferior, que habría que realizar en parte al menos en hormigón, o añadiendo una segunda estructura suspendida por cables debajo de la primera, realizada en material pesado y/o cargada con bolsas de salmuera u otro fluido pesado- Can be used as a spar or as a semi-submersible, simply by changing the design of the bags' buoyancy (more or less air), adding more weight to the lower slab, which would have to be done partially at least in concrete, or adding a second suspended structure by cables under the first, made in heavy material and / or loaded with bags of brine or other heavy fluid

- Con este diseño tipo spar, puede operar como semisumergible normalmente y puede hundirse aún más en condiciones de mar extremas, alejando a la estructura de la zona de influencia del oleaje, y reduciendo así los esfuerzos soportados en régimen de supervivencia- With this spar type design, it can operate as normally semi-submersible and can sink even more under extreme sea conditions, moving the structure away from the area of influence of the waves, and thus reducing the efforts supported in survival regime

- El diseño permite utilizar esta fundación en aguas relativamente poco profundas (especialmente en su versión semisumergible), como las que se encuentran en bastantes áreas del mar del Norte y otras zonas de gran potencial eólico off-shore en el mundo, o en aguas más profundas, sin más limitación que el coste del sistema de amarre- The design allows this foundation to be used in relatively shallow waters (especially in its semi-submersible version), such as those found in several areas of the North Sea and other areas of great off-shore wind potential in the world, or in more deep, with no more limitation than the cost of the mooring system

- El conjunto de todos los factores conduce a una fundación muy económica en comparación con el estado de la técnica actual, pero que reúne las ventajas de las mejores ideas planteadas- The set of all the factors leads to a very economical foundation compared to the current state of the art, but which brings together the advantages of the best ideas put forward

- En este sentido, es de destacar que algunos de los conceptos que se plantean en esta invención son aplicables a algunas de las fundaciones diseñadas actualmente con otros materiales; la utilización de los conceptos de la invención en estas configuraciones actualmente en acero u hormigón podrían dar lugar a ahorros decisivos para su competitividad - In this sense, it is noteworthy that some of the concepts raised in this invention are applicable to some of the foundations currently designed with other materials; the use of the concepts of the invention in these configurations currently in steel or concrete could lead to decisive savings for their competitiveness

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención se acompaña, como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention is accompanied, as an integral part of said description, a set of drawings where, illustrative and not limiting, has been represented the next:

Fig 1.- Perspectiva general de la fundación, en este caso representada como cilindrica, y fuste del aerogenerador.Fig 1.- General perspective of the foundation, in this case represented as cylindrical, and shaft of the wind turbine.

Fig. 2 - Sección general de la fundación y parte del fuste del aerogeneradorFig. 2 - General section of the foundation and part of the shaft of the wind turbine

Fig. 3.- Planta de la fundación mostrando la parte superior de la estructura en jaula Fig 4.- Otra sección de la fundación mostrando su estado operativo como semisumergible (A) o como spar (B) Fig. 3.- Plant of the foundation showing the upper part of the caged structure Fig 4.- Another section of the foundation showing its operational status as semi-submersible (A) or as spar (B)

Fig. 5 - Sección de la fundación cuando, tras la fase inicial de su construcción, se pone apoyada en el fondo marino junto al muelle, mostrando algunas dimensiones orientativas para una realización preferenteFig. 5 - Section of the foundation when, after the initial phase of its construction, it is resting on the seabed next to the pier, showing some guiding dimensions for a preferred embodiment

Fig. 6.- Sección durante la etapa de montaje del fuste y resto del aerogenerador Fig. 7 - Secciones de varias realizaciones operando en modo spar (A), (B) y (D) o semi (C) Fig. 6.- Section during the assembly stage of the shaft and rest of the wind turbine Fig. 7 - Sections of several embodiments operating in spar mode (A), (B) and (D) or semi (C)

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

Describimos a continuación una realización preferente para una fundación de un aerogenerador de 6 MW cuya nacelle pese 700 Tm y sufra un esfuerzo horizontal del viento sobre sus palas de unas 150 Tm.We describe below a preferred embodiment for a foundation of a 6 MW wind turbine whose nacelle weighs 700 Tm and suffers a horizontal effort of the wind on its blades of about 150 Tm.

El conjunto de nacelle. palas y fuste pesa en torno a 1100 Tm.The nacelle set. shovels and shaft weighs around 1100 tons.

La estructura tendrá un diámetro de 60 m y la altura de cada piso la fijamos en 5 m. dando una altura de estructura total de 15 m.The structure will have a diameter of 60 m and the height of each floor will be set at 5 m. giving a total structure height of 15 m.

Algunos datos generales son los siguientes:Some general data are the following:

El volumen de bolsas tipo (c) y (b) llenas de salmuera de densidad 1,24 kg/dm3 será de unos 27.000 m3, y por tanto su peso aparente de unas 6.500 Tm.The volume of bags type (c) and (b) filled with brine of density 1.24 kg / dm3 will be about 27,000 m3, and therefore its apparent weight of about 6,500 tons.

En total, el peso real o aparente del conjunto en operación es de 7.500 Tm.In total, the real or apparent weight of the assembly in operation is 7,500 Tm.

Las bolsas (a) con una altura de 5 m proporcionan una flotabilidad, si están totalmente llenas de aire, de 13.500 Tm, por lo que, si se llenan totalmente, el conjunto flota con un alto borda de unos 2 m.The bags (a) with a height of 5 m provide a buoyancy, if they are totally full of air, of 13,500 Tm, so that, if they are completely filled, the set floats with a high board of about 2 m.

La masa total del conjunto, suponiendo que llenamos de salmuera las bolsas (b), sería de más 35.000 Tm, y de más de 30.000 incluso con las bolsas (b) llenas de agua de mar.The total mass of the assembly, assuming that we filled the bags with brine (b), would be more than 35,000 tons, and more than 30,000 tons even with the bags (b) full of seawater.

Una inclinación de 5o del fuste daría lugar a un momento adrizante por la mayor flotabilidad del lado hundido y la menor del lado que se eleva sobre el agua, Un cálculo aproximado sería del orden de 20.000 mTm, mientras que, a título meramente comparativo, el momento de vuelco inducido por el empuje del viento sobre las palas, suponiendo una altura de buje de 120 m, sería del orden de 18.000 mTm.An inclination of 5o of the shaft would give rise to a righting moment for the greater buoyancy of the sunken side and the smaller of the side that rises above the water. An approximate calculation would be of the order of 20,000 mTm, while, merely comparative, the moment of tipping induced by the thrust of the wind on the blades, assuming a bushing height of 120 m, would be of the order of 18,000 mTm.

Esto nos indica que, a falta de la realización de un proyecto completo, que excede con mucho el objetivo de este documento, las dimensiones orientativas propuestas son más que suficientes para asegurar la estabilidad del conjunto en el mar dentro de las inclinaciones máximas en operación que recomiendan los fabricantes, que son del orden de 10-15o.This indicates that, in the absence of the completion of a complete project, which far exceeds the objective of this document, the proposed guidelines are more than sufficient to ensure the stability of the whole at sea within the maximum inclinations in operation that Recommend the manufacturers, which are of the order of 10-15th.

En la hipótesis de que se quiera trabajar como spar, el momento adrizante se produce al desplazarse el eje de la vertical; el centro de carena, situado más arriba gracias a la flotabilidad de las bolsas (c) y el hueco de la base del fuste, “empuja" hacia arriba, mientras que todo el peso, real y aparente para las partes hundidas, “empuja" en el centro de gravedad hacia abajo. Para bajar el centro de gravedad, se puede, en una realización preferente, sustituir el primer forjado de la estructura por uno de hormigón armado de suficiente peso, que se puede construir a la vez que la base del fuste y de forma integral con ésta (ver (1) en Fig. 7 (A)).In the hypothesis that you want to work as a spar, the righting moment occurs when the axis of the vertical moves; the center of careening, located higher up thanks to the buoyancy of the bags (c) and the hollow of the base of the shaft, "pushes" upwards, while all the weight, real and apparent for the sunken parts, "pushes" in the center of gravity down. To lower the center of gravity, it is possible, in a preferred embodiment, to replace the first slab of the structure with a reinforced concrete of sufficient weight, which can be constructed at the same time as the base of the shaft and integrally with it ( see (1) in Fig. 7 (A)).

En otra realización preferente se construye una losa de hormigón alrededor de la base del fuste, losa que, en operación, quedará “suspendida" del forjado inferior a través de cables (Fig. 7 (B) (2)) prolongación de los que unen este con los otros forjados y con la parte media del fuste de la torre.In another preferred embodiment a concrete slab is constructed around the base of the shaft, which, in operation, will be "suspended" from the lower slab through cables (Fig. 7 (B) (2)) extension of those joining this with the other forged and with the middle part of the shaft of the tower.

Para facilitar la construcción, y como parte del procedimiento de ésta, a esta losa, además de dejar unidos los cables definitivos, que quedarán flojos, con su longitud final de diseño, se le instalarán unos cables provisionales de suspensión mucho más cortos (para facilitar el resto de las operaciones de construcción y transporte) cables que hay que eliminar en el momento de la instalación del conjunto en su posición definitiva, dejando caer la losa de forma controlada.To facilitate the construction, and as part of the procedure of this, this slab, in addition to leaving the final cables together, which will be loose, with their final design length, will be installed temporary cables of suspension much shorter (to facilitate the rest of the construction and transport operations) cables that must be eliminated at the time of installation of the assembly in its final position, dropping the slab in a controlled manner.

Otra realización preferente, especialmente conveniente cuando las circunstancias del emplazamiento aconsejan trabajar en spar de forma permanente o en supervivencia, añade una segunda estructura conteniendo bolsas de material polimérico llenas de salmuera u otro fluido muy denso, suspendida con cables de la primera en estado de operación Fig. 7 (D). En este caso, durante la construcción los forjados conteniendo estas bolsas deben instalarse primero, con las bolsas vacías, y permanecerán vacías hasta que, ya en su posición definitiva en el mar, y como parte del proceso de instalación, se eliminen los cables provisionales que mantienen los forjados de la estructura inferior unidos entre si y al forjado inferior de la estructura superior, y se llenen poco a poco del fluido pesado (p.e. salmuera) las bolsas de la estructura inferior, hasta quedar en su posición final (Fig. 7 (D). Another preferred embodiment, especially convenient when the circumstances of the site advise to work in spar permanently or in survival, adds a second structure containing pockets of polymeric material filled with brine or other very dense fluid, suspended with cables of the first in operating state Fig. 7 (D). In this case, during the construction the slabs containing these bags must be installed first, with the empty bags, and they will remain empty until, in their definitive position at sea, and as part of the installation process, the provisional cables that they maintain the slabs of the lower structure joined together and to the lower slab of the upper structure, and Fill slowly the heavy fluid (eg brine) the bags of the lower structure, until it is in its final position (Fig. 7 (D).

Claims

1. Floating foundation for off-shore wind turbine, characterized by (i) a light and open structure, composed of rigid parts and cables, which incorporates a plurality of bags of polymeric material that can be swelled or emptied at will with different types of liquid or gaseous fluids , (ii) a system for pumping liquids and compressing gases and associated pipes to fill the bags, (iii) a control system for, depending on the working mode (construction on land, construction at sea, transportation, installation in its location or normal or emergency operation) and the signals collected by a series of sensors (verticality, depth, accelerations in the nacelle, among others), order the filling or emptying of the different bags with the different fluids

2. A foundation according to claim 1 characterized in that the structure consists of several floors

3. A foundation according to all or any of the previous claims, characterized in that the floors are connected with cables to each other, including braces, and to the middle part of the shaft of the wind turbine.

4. A foundation according to all or any of the preceding claims, characterized in that it is designed to work as a semi-submersible, where a part of the structure protrudes from the sea surface in normal operation

5. A foundation according to all or any of the preceding claims, characterized in that the assembly is designed to work as a spar (where only the shaft protrudes from the water) either under normal operating conditions, under conditions of survival or both.

6. A foundation according to all or any of the previous claims, characterized in that the control system allows the proactive balancing of the tipping moment produced by the wind action on the wind turbine and its shaft, based on the indications of verticality sensors of the shaft .

7. A foundation according to all or any of the previous claims characterized in that all or a part of the lower floor is made in concrete slab or similar heavy material in order to lower the center of gravity of the assembly

8. A foundation according to all or any of the preceding claims, characterized in that a second structure suspended from the first by means of cables, with or without additional bags filled with a fluid heavier than seawater (eg brine), intended to lower the center of gravity of the assembly

9 A foundation according to all or any of the previous claims, characterized in that the structure is externally surrounded in all or certain areas by a protection, for example a metal grid. A foundation according to all or any of the previous claims, characterized in that it is designed to be tied to a single point of mooring (either in the form of a buoy or directly to the seabed in the form of a dead person, "suction bucket" or another system of mooring). anchoring (all of them are not the object of this invention), and that, depending on the wind direction, bornea around this mooring point

10. A foundation according to all or any of the preceding claims, characterized in that all systems and components are remotely monitored and controlled