ES2878035T3

ES2878035T3 - Sistema de torre eólica de perfil reducido para aplicaciones terrestres y marítimas

Info

Publication number: ES2878035T3
Application number: ES16759308T
Authority: ES
Inventors: Nissim Agassi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2021-11-18
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: CN107429670A; US11384735B2; WO2016140892A4; EP3265676B1; CA2978441C; DK3265676T3; CA2978441A1; US20200032775A1; US20220282705A1; US20160258421A1; WO2016140892A1; CN107429670B; EP3265676A1; US11460004B2; US10465660B2; EP3265676A4

Abstract

Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido que comprende: cimientos (20, 42, 46); un núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior que se extiende verticalmente a partir de los cimientos (20, 42, 46); una góndola (22) colocada en un extremo superior de dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior; álabes (24) de turbina eólica que se extienden hacia fuera desde dicha góndola (22); una pluralidad de brazos tubulares (14) cargados axialmente que rodean dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior de forma separada a éste, anclados a dichos cimientos (20, 42, 46) y que se extienden desde dichos cimientos (20, 42, 46) ya sea verticalmente o inclinados ligeramente y terminan de forma sustancialmente adyacente a dicha góndola (22) para resistir tanto a las fuerzas de tensión como a las fuerzas de compresión que actúan sobre los mismos y para reducir sustancialmente los momentos flectores en dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior; alas de cizalladura continuas (16) que se extienden hacia fuera a partir de una superficie externa de dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior que están unidas a dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente, y dichas alas de cizalladura (16) continuas son placas de brida radialmente extendidas que se extienden desde dichos cimientos (20, 42, 46) hasta un extremo superior de dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente; y los anillos de arriostramiento separados que se extienden hacia fuera de dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior para proporcionar un refuerzo lateral de dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de torre eólica de perfil reducido para aplicaciones terrestres y marítimas

CAMPO DE LA INVENCIÓN

[0001] La presente invención se refiere a torres altas para aerogeneradores.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[0002] Existe un amplio consenso en que el mundo se está encaminando hacia una expansión en la generación de energía eólica. Según la Administración de Información de Energía (EIA) de Estados Unidos, en 2010 la energía eólica contaba sólo con el 2% de la electricidad total generada en Estados Unidos. Sin embargo, del año 2000 al 2010, la electricidad generada por el viento en Estados Unidos se multiplicó por 15. La EIA informaba de que la energía eólica estadounidense superó el 4% de la capacidad eléctrica total de EE.UU. en 2013. Muchos creen que se alcanzará el 20% de electricidad producida por el viento para 2030.

[0003] Según el Departamento de Energía de Estados Unidos, con el fin de obtener más energía en altitudes superiores, donde la velocidad del viento es mayor, los aerogeneradores son cada vez más altos. Al mismo tiempo, para reducir costes unitarios, los aerogeneradores son cada vez más grandes y pesados y los álabes más largos. The Triangle Business Journal informaba de que: “en 2000, las torres eólicas alcanzaron los 80 metros con álabes, y para 2012, los álabes giratorios alcanzaron alturas de 130 metros. Permitir que la altura supere los 180 metros podría cambiar las reglas del juego”. Por lo tanto, las consideraciones siguientes son esenciales:

Un componente importante en el coste de un proyecto de energía eólica se invierte en la fabricación, transporte e instalación de la estructura de soporte y los cimientos. Reducir costes de la superestructura y de los sistemas de cimentación, así como facilitar la instalación y el transporte de la torre al lugar del proyecto, es necesario para que la energía eólica sea más competitiva frente a otras fuentes de energía.

[0004] En la actualidad, la estructura de torre eólica más común es una construcción de tubo cónico: una torre cónica de gran diámetro. Es una estructura enorme y costosa. Con una tendencia hacia torres más altas, turbinas más grandes y pesadas y álabes más largos, el diámetro de la torre actual seguirá creciendo y su coste total aumentará abruptamente. Sus costes de fabricación, transporte y erguimiento aumentarán de manera desproporcionada, dificultando la eficacia de las instalaciones de energía eólica y haciendo que la presente estructura en torre sea cada vez menos viable. Hoy, en algunos mercados, el viento es una forma de energía competitiva. La innovación propuesta aquí resuelve las limitaciones de la torre actual y le otorga a la energía eólica una ventaja mayor para convertirse en un recurso energético principal en un mercado más amplio.

[0005] Según un informe del Plan para 2007-2012 del Departamento de Energía (DOE) de Estados Unidos, unos aerogeneradores más altos pueden acceder a una velocidad de viento mayor debido a la cizalladura (un aumento en la velocidad del viento a medida que aumenta la altura por encima del suelo). Sin embargo, las torres más altas son más costosas y más difíciles de transportar y erigir. Normalmente, para soportar torres más altas, las bases de las turbinas deben aumentar de diámetro. En bases que son de más de 4 metros de diámetro aproximadamente, los costes de transporte se disparan debido a limitaciones en la capacidad de carreteras, en la altura de puentes, y en la altura de tractocamiones.

[0006] Todas las torres eólicas instaladas hasta la fecha, ya sea un tubo cónico o una estructura reticulada ahusada, tienen en esencia el mismo sistema estructural básico: un voladizo vertical sin apoyos. Durante muchos años, se han usado torres reticuladas en torres eléctricas e instalaciones de antena. Algunas torres reticuladas, de una forma u otra, se han usado en instalaciones de torres eólicas. En la actualidad, sin embargo, la estructura de la torre eólica más común es el tubo cónico, una torre cónica de gran diámetro. Es una estructura enorme y costosa. El diámetro de la base de tal estructura puede exceder los 4 metros cuando tiene más de 80 metros de altura aproximadamente.

[0007] Las estructuras de las torres están sometidas a fuerzas estáticas y dinámicas, principalmente fuerzas verticales, tales como el propio peso de la torre, la turbina, y los álabes, y a fuerzas laterales, tales como viento y fuerzas sísmicas. Sin embargo, en general, las fuerzas laterales rigen el diseño de las torres eólicas. Las fuerzas laterales producen momentos flectores y de oscilación de la estructura de la torre. A medida que la torre es más alta y la turbina más grande y pesada, la magnitud de los momentos flectores y de oscilación aumenta considerablemente.

[0008] A medida que la actual estructura de torre de tubo cónico autoportante se vuelve excesivamente grande, también se vuelve prohibitivamente cara, dificultando la competitividad de la energía eólica como fuente alternativa de energía, lo que se traduce en un sistema estructural cada vez menos viable. Para evitar que los costes de las instalaciones de torres eólicas se disparen de manera descontrolada, existe una necesidad imperiosa de revertir las limitaciones del actual sistema de torres.

[0009] Los documentos US2013/283722 A1 y DE102011 010417 A1 constituyen el estado de la técnica anterior que más se aproxima con respecto a las reivindicaciones independientes.

[0010] El US2013/283722 A1 divulga una estructura de transición para hacer una transición entre dos estructuras de torres adyacentes de una turbina eólica descrita. La estructura de transición puede incluir una pluralidad de patas verticales distanciadas entre sí, una sección matriz posicionada entre una parte superior de la torre y una parte inferior de la torre, una pluralidad de elementos de conexión, donde cada uno de los elementos de conexión de la pluralidad de elementos de conexión están conectados a una de las patas de la pluralidad de patas verticales de la sección matriz, y al menos una placa torsionada posicionada entre la pluralidad de patas verticales y la sección matriz.

[0011] El DE102011 010417 A1 divulga una torre que comprende un arriostramiento, que está colocado fuera de la torre. El arriostramiento está conectado con los cimientos de la torre, de manera que los momentos flectores y de torsión que actúan sobre la torre se inician como fuerzas de tracción en los cimientos. Se forma el arriostramiento, de manera que aumente la amortiguación estructural de la torre.

OBJETOS DE LA INVENCIÓN

[0012] Un objeto de la presente invención es proporcionar una torre para aerogenerador simple, estructuralmente potente y estética.

[0013] También es un objeto proporcionar una torre para aerogenerador que sea rentable de fabricar, transportar e instalar.

[0014] También es un objeto proporcionar una torre para aerogenerador que pueda alcanzar altura y soportar vientos potentes a grandes altitudes.

[0015] Es también un objeto proporcionar una torre para aerogenerador que se pueda usar tanto en tierra como en mar.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

[0016] Las características y objetivos anteriores se consiguen mediante el uso de una estructura de torre para aerogenerador de perfil reducido (RPWTT) de la misma medida que una torre de tubo cónico enorme actual, pero sustituyéndola por un núcleo central cilíndrico uniforme más delgado rodeado por un número de brazos tubulares cargados axialmente que interactúan con el núcleo de la torre mediante alas de cizalladura. Los brazos están sujetos lateralmente por el núcleo central mediante anillos de arriostramiento. La estabilidad global de la torre se consigue mediante la conexión entre el núcleo central, las alas de cizalladura, y los brazos tubulares que actúan conjuntamente.

[0017] Se describen diferentes formas de realización basadas en el número de brazos tubulares usados, tipos de anillos de arriostramiento, alas de cizalladura abiertas o cerradas o soportes, y brazos tubulares abiertos hacia fuera o rectos.

[0018] Otras formas de realización se refieren a la sustitución de brazos tubulares por cables. Los cables están postensados, de modo que pueden resistir tanto a la tensión como a la compresión. El postensado es una técnica bien conocida comúnmente usada para reforzar bloques de hormigón y otros sistemas estructurales y elementos en la construcción de puentes, aparcamientos y edificios.

[0019] También se describen las RPWTT con cimientos para tierra y las soluciones de RPWTT con plataformas flotantes para mar.

[0020] El diseño de una torre para aerogenerador de perfil reducido de la presente invención cambia fundamentalmente el comportamiento estructural de la torre y abre nuevas posibilidades a torres eólicas más altas, delgadas y rentables que son significantemente más fáciles y rápidas de fabricar, transportar e instalar. La torre para aerogenerador de perfil reducido de la presente invención tiene una versatilidad inigualable y una flexibilidad de diseño que la hace adaptable a diferentes aplicaciones terrestres y marítimas. Permite torres eólicas superaltas, eficientes y económicas, capaces de aprovechar vientos más potentes a altitudes superiores. El diseño de la torre para aerogenerador de perfil reducido permite la optimización de todo el sistema de energía eólica para incluir la estructura de la torre y cimientos en el sistema de generación de energía, desbloqueando de este modo el potencial no explotado previamente reduciendo así los gastos totales y disminuyendo el coste unitario de energía.

[0021] Significativamente, la torre para aerogenerador de perfil reducido aumenta la altura del buje del aerogenerador típico actual sin exceder los límites de transporte corrientes. La nueva torre prácticamente no necesita mantenimiento. La torre para aerogenerador de perfil reducido es más delgada, más ligera y no ahusada. El manejo de las secciones de la torre para aerogenerador de perfil reducido es considerablemente más fácil y se puede conseguir en menos tiempo. A diferencia de las torres convencionales, la rigidez de la nueva torre se puede aumentar tanto como sea necesario con un coste relativamente pequeño para mejorar el rendimiento de la torre y su respuesta estructural y para satisfacer las necesidades de diseño. La torre para aerogenerador de perfil reducido puede soportar una grúa trepadora para erigir el nivel siguiente de la torre, y para facilitar la instalación de la turbina y los alabes, evitando así la necesidad de una gigantesca y costosa grúa terrestre. Además, direcciona las conexiones de la torre, el enlace crítico en cualquier estructura. Torres altas conocidas que se lo han propuesto añaden numerosas conexiones, aumentando así muchos de estos enlaces críticos. Con la torre para aerogenerador de perfil reducido, se minimiza el número de conexiones y se simplifican las áreas de unión.

[0022] El diseño y construcción de la torres eólicas mucho más altas que las actuales de 80 m de alto es posible siempre y cuando cumplan con las leyes de la física que requieren un sistema estructural más robusto. En la actualidad, todas las torres altas conocidas que se lo han propuesto traducen estructura "robusta" como estructura "de gran tamaño". "Robusto", sin embargo, no significa necesariamente “de gran tamaño”. La torre para aerogenerador de perfil reducido consigue una estructura más "robusta" reduciendo el sistema tubular de la torre actual mientras aumenta la rigidez de la torre y la capacidad de resistencia de carga por otros medios más estructurales y eficientes. Al hacerlo, la torre para aerogenerador de perfil reducido revierte las limitaciones de la torre actual y transforma completamente el enorme sistema estructural de ésta última.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0023] La presente invención se puede entender mejor junto con los dibujos anexos, donde:

La figura 1 es un diagrama del momento flector para un núcleo de una torre autoportante del estado de la técnica anterior sometida a una fuerza lateral P.

La figura 2 es una vista de sección transversal que ilustra la transformación de la torre básica que utiliza una disposición en ángulo recto de brazos tubulares. La sección transversal de la torre 5 de la técnica anterior se muestra en líneas discontinuas para comparar. La nueva torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente invención se muestra con un núcleo central uniforme 12, alas de cizalladura 16 y brazos tubulares 14, que se muestran en líneas continuas.

La figura 3 es una sección vertical de una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente invención que muestra un núcleo central uniforme 12, brazos tubulares 14, alas de cizalladura continua 16 y anillos de arriostramiento en forma de disco 17. También se muestran una góndola de aerogenerador 22 con un álabe 24 y cimientos 20.

La figura 4 es una sección vertical de torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente invención que muestra el uso de anillos de arriostramiento en forma de cono 26.

La figura 5 es una distribución de tensión de flexión de una torre 5 de tubo cónico o cilíndrico de la técnica anterior.

La figura 6 es una sección vertical de una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente invención que muestra unas aberturas 28 en las alas de cizalladura en pares de placas de brida circulares 18 en el extremo de cada abertura.

La figura 7 es una sección vertical de una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente invención que muestra ensamblajes de soportes rígidos 32 con pares de placas de brida circulares 18 y áreas abiertas 30 entre ensamblajes.

La figura 8 es una sección vertical de una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente invención que usa brazos tubulares abiertos hacia fuera 34 engranados con cimientos 20 en el fondo con tubos horizontales opcionales 36.

La figura 9 es una sección vertical de una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente invención que utiliza cables postensados 40 como sustituto de los brazos tubulares 14; esta forma de realización usa también ensamblajes de soportes rígidos 32 con pares de placas circulares 18 y áreas abiertas 30 entre ensamblajes.

La figura 10 es una sección vertical de una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente invención que utiliza cables postensados 40 conectando en el fondo con anclajes 44 que atraviesan los cimientos 42.

La figura 11 es una sección vertical de una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente invención que utiliza cables postensados 40 que están preferiblemente abiertos hacia fuera 48 al final alrededor de los cimientos 46 y terminan en anclajes 44.

La figura 12 es una sección transversal de la torre que muestra una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente invención con brazos o cables tubulares postensados 50 con una distancia más amplia desde el núcleo central uniforme 12 por encima de la torre 5 típica del estado de la técnica anterior; se muestran brazos o cables tubulares 50 en una disposición de cuadrado extendido. La figura 13 es una sección transversal una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente invención que utiliza una pluralidad de disposición hexagonal de seis brazos o cables tubulares postensados 50 unidos mediante soportes 32 a un núcleo central 12.

La figura 14 es una sección vertical de una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente invención con una altura de torre h. Soportes rígidos 32 con pares de placas de brida circulares 18 tienen dos alturas, 2/5 h desde abajo y 4/5 h desde abajo. El núcleo central de la torre 12 y los brazos o cables tubulares postensados 50 están sometidos a una fuerza lateral P.

La figura 15 es un diagrama de momento flector de una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente configuración de la invención de la figura 14, con fijación rotativa de 2/5 h y 4/5 h desde el fondo.

La figura 16 es una sección vertical de una torre para aerogenerador de perfil reducido flotante RPWTT 10 de la presente invención para uso marítimo. Cables postensados abiertos hacia fuera están anclados en un pontón sumergido 52 que está sujeto bajo el nivel tanto de marea alta 56 como del nivel de marea baja 58 mediante cables de amarre 54 por medio de un anclaje 62 en el fondo del mar 60.

La figura 16A es una sección vertical de una torre para aerogenerador flotante de una construcción del estado de la técnica anterior (ya sea de tubo ahusado o reticulado o un híbrido de los mismos) 90, con una nueva sección de base 91 de base abierta opcional, instalada en un pontón sumergido, al igual que la torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la figura 16.

La figura 17 es una vista desde arriba de una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente invención en un nivel de soporte que muestra el detalle de las conexiones de las áreas entre un núcleo central uniforme 12, los brazos tubulares 14, los soportes rígidos 32 y la placa de brida superior 70. La figura 18 es una sección vertical de una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente invención en un nivel de soporte que muestra los detalles de las conexiones de las áreas de la figura 17 desde un punto de vista de 90 grados hacia fuera.

La figura 19 es una vista desde arriba de una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente invención en un nivel de soporte (comparable a la figura 17) que muestra el detalle de las conexiones de las áreas entre el núcleo central uniforme 12, los ensamblajes de cable 86, los soportes rígidos 32, y una placa de brida superior 76.

La figura 20 es una sección vertical de una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente invención en un nivel de soporte de las conexiones de las áreas de la figura 19 desde un punto de vista de 90 grados hacia fuera.

La figura 21 es una vista isométrica de RPWTT 10 de la figura 7, mostrada con los soportes rígidos 32 y las placas de brida circulares 18 encerradas.

LISTA DE NÚMEROS DE REFERENCIA

[0024]

5 torre de tubo cónico de la técnica anterior.

10 torre para aerogenerador de perfil reducido (RPWTT)

12 núcleo central uniforme

14 brazos tubulares

16 alas de cizalladura

17 anillos de arriostramiento en forma de disco

18 placas de brida circulares

20 cimientos para aerogenerador

22 góndola de aerogenerador

24 álabe de turbina

26 anillos de arriostramiento en forma cónica

28 aberturas en las alas de cizalladura con pares de placas de brida circulares 18 en el extremo de cada abertura.

30 áreas abiertas.

32 soportes rígidos con pares de placas de brida circulares 18

34 brazos tubulares abiertos hacia fuera 34 engranados al final con cimientos 20 o un pontón 52

36 tubos horizontales opcionales.

40 cables postensados

42 cimientos

44 anclajes que atraviesan los cimientos 42 o el exterior de los cimientos 46

46 cimientos

48 abertura hacia fuera de los cables postensados 40

50 brazos o cables tubulares postensados con una distancia más amplia desde el núcleo central uniforme 12 por encima de una torre típica del estado de la técnica anterior

52 pontón sumergido

54 cables de amarre para pontón sumergido

56 nivel de marea alta

58 nivel de marea baja

60 fondo marino

62 anclaje

70 placa de brida circular superior

72 placa de brida circular inferior

76 placa de brida circular superior

78 vigas de refuerzo

80 placas de soporte para cables

82 aberturas en placas de brida

84 placa de brida circular inferior

86 ensamblaje de cable

90 torre para aerogenerador de la técnica anterior

91 sección de abertura hacia fuera opcional propuesta para la torre 90

P fuerza lateral

KL longitud de deformación eficaz

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS DIBUJOS

[0025] La figura 1 muestra los momentos flectores en una torre autoportante de un diámetro uniforme sometida a una fuerza lateral P. Los momentos flectores son los mismos que para una torre de tubo cónico. El momento flector aumenta a medida que la torre es más alta, incluso bajo una fuerza constante, y con ella, la oscilación de la torre. Los momentos flectores aumentan linealmente con la altura, mientras que la oscilación aumenta incluso más rápidamente con la altura elevada a tres. Ya que el núcleo de la torre actual debe resistir el momento flector total y controlar la torre oscilando completamente, cuanto más alta sea la torre, más grande debe ser su tamaño, lo que requiere un diámetro más grande y un tubo más grueso. Además, como el diámetro de la torre aumenta, el espesor de la carcasa debe prevenir la deformación local. Como resultado, la estructura de la torre actual se vuelve cada vez considerablemente más costosa y significativamente más difícil de fabricar, transportar e instalar. El transporte de una torre de grandes dimensiones está sujeto a un transporte especial y donde el terreno es complejo o donde existen limitaciones físicas de infraestructura, no es posible transportar la torre a cualquier sitio.

[0026] La estructura de la torre para aerogenerador de perfil reducido básico RPWTT 10 que soporta una turbina 22 con álabes 24 (como se muestra en las figuras 2 y 3) sobre los cimientos 20 utiliza la misma medida que la presente torre de tubo cónico 5. Pero en lugar de la estructura enorme actual 5, la torre para aerogenerador de perfil reducido de la presente invención RPWTT 10 utiliza una columna fina con brazos fuertes (como se muestra en las figuras 2 y 3). Emplea un núcleo central cilíndrico menor, más ligero, y uniforme 12 que puede soportar todas las líneas de utilidad necesarias y proporciona un acceso protegido a la góndola en la parte superior de la torre. El núcleo de la torre 12 para aerogenerador de perfil reducido soporta principalmente cargas de gravedad y resiste cizalladura y torsión. Proporciona la estabilidad estructural necesaria durante la construcción y aumenta la estabilidad general de la torre en cada etapa superior. A medida que se instala cada nivel, la torre gana fuerza y estabilidad. Con cada nivel completado, se crea una estructura robusta e independiente que puede resistir a fuerzas y momentos por sí sola.

[0027] Con un núcleo central cilíndrico no ahusado uniforme 12, la unión de las secciones de la torre pueden emplear un soporte directo y completo de la sección superior de la torre en su sección inferior y utilizar uniones para cizalladura, eliminando la necesidad de las uniones para cizalladura menos eficientes que requieren soldaduras de penetración total y someten los pernos y las soldaduras de penetración total a tensión. Esto se puede lograr colocando una pieza cilíndrica atornillada de fábrica a la sección inferior del núcleo y atornillada en el sitio a la siguiente sección superior.

[0028] En la torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10, sólo una pequeña parte de los momentos flectores externos resiste mediante el núcleo central cilíndrico fino 12. La parte más grande de los momentos flectores resiste gracias a los altamente eficientes brazos 14 tubulares cargados axialmente que interactúan con el núcleo de la torre 12 mediante alas de cizalladura 16 continuas. A diferencia de la torre de tubo cónico 5 actual, los brazos tubulares 14 de la torre para aerogenerador de perfil reducido están tensados uniformemente. Se pueden colocar verticalmente o ligeramente inclinados. Los brazos 14 están reforzados lateralmente por el núcleo central 12 utilizando anillos de arriostramiento en forma de disco 17 (como se muestra en la figura 3) o más anillos de arriostramiento aerodinámicos en forma cónica 26 (como se muestra en la figura 4). El último arriostramiento es también la solución donde la anidación es una preocupación. Al hacerlo, se evita la presencia de componentes finos dentro de la estructura de la torre transformada. La estabilidad global es proporcionada por el sistema estructural transformado con el núcleo central 12, las alas de cizalladura 16, y los brazos tubulares 14 que actúan al mismo tiempo. El diseño de los cimientos depende principalmente del sistema de la torre para aerogenerador de perfil reducido específico usado, de las cargas impuestas en la torre, y las condiciones geotécnicas locales. Las conexiones entre los componentes de la torre para aerogenerador de perfil reducido son simples y pueden estar detalladas para que estén soldadas de fábrica y se atornillen en el sitio para facilitar una fabricación y erguimiento más eficientes.

[0029] Uno de los inconvenientes inherentes de la torre 5 del estado de la técnica anterior actualmente resulta de que su sistema estructural resiste los momentos de vuelco sólo mediante flexión. Una torre de tubo cónico o cilíndrico es muy eficiente resistiendo a la deformación y torsión, pero no resistiendo a la flexión o limitando la oscilación, dos puntos clave en el diseño de una torre eólica. En una torre de tubo cónico o cilíndrico, una flexión bajo condiciones de trabajo produce un gradiente de tensiones internas donde sólo la fibra extrema en una sección transversal de la torre está tensada para la fuerza completa del material, dejando gran parte del material de la torre bajo tensión (como se muestra en la figura 5). Por consiguiente, en condiciones de trabajo, se infrautiliza la mayoría del material de la torre actual, cuando está sometido a flexión. Cuanto más alta y más grande se vuelve la torre 5 actual, mayor es la infrautilización de material y mayor la ineficiencia en su sistema estructural.

[0030] La torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de la presente invención resuelve esta limitación reduciendo significativamente los momentos flectores en el núcleo cilíndrico 12 y utilizándolo principalmente en las cargas de gravedad resistentes, cizalladura, torsión y deformación, dónde éste es más adecuado.

[0031] Además, las alas de cizalladura 16 se pueden diseñar con aberturas 28 para simplificar adicionalmente la fabricación y erguimiento y reducir costes (como se muestra en la figura 6). En el límite, la mayor parte del área del ala puede estar abierta hacia la izquierda, reduciendo las alas de cizalladura 16 a soportes rígidos 32 (o micropalancas rígidas) colocadas en niveles diferentes (como se muestra en la figura 7). Los soportes 32 están formados por placas verticales de brida y placas horizontales de brida circulares 18. El ensamblaje de soporte estará rodeado, como se muestra en la figura 21, para mejorar la aerodinámica y evitar la anidación. Para tener el interior del núcleo de la torre 12 abierto en su mayoría, se puede requerir una sección de núcleo de transición más fuerte en los soportes 32. Esto se puede realizar localmente utilizando un núcleo algo más grueso, manteniendo invariable el diámetro del exterior del núcleo 12. Un beneficio añadido de los soportes rígidos 32 con sus placas de brida circulares 18 (como se muestra en la figura 7) es que proporcionan plataformas robustas que se pueden usar para erigir el nivel de la torre siguiente y facilitan la instalación de la turbina 22 y álabes 24. En otras palabras, además de su función estructural en la torre RPWTT 10, son capaces de servir como una etapa para soportar una grúa trepadora evitando la necesidad de una grúa terrestre mayor y más costosa.

[0032] Donde las condiciones del proyecto lo permiten, los brazos tubulares 14 pueden estar abiertos hacia fuera 34 para reducir las fuerzas de anclaje en los cimientos y, así, en los anclajes mismos (como se muestra en la figura 8). En el extremo inferior de los brazos tubulares 14, el componente de fuerza horizontal se puede transferir hacia los cimientos o, de manera opcional, esta fuerza se puede transferir de nuevo al núcleo de la torre mediante un tubo horizontal 36 (como se muestra en la figura 8). De esta manera, la presente invención "contrarresta" el componente de fuerza horizontal creado en el núcleo de la torre 12 por los brazos tubulares abiertos hacia fuera 34 en su extremo superior, eliminado así la necesidad de tener en cuenta el componente de fuerza horizontal en la conexión entre el núcleo y los cimientos, al igual que entre los brazos tubulares 34 y los cimientos 20.

[0033] En otra transformación del diseño de la torre, los cables postensados 40 se pueden usar para reemplazar los brazos tubulares 14 (como se muestra en la figura 9). Los cables 40 están postensados para asegurar que permanezcan con la tensión apropiada bajo cualquier condición de carga de diseño. El postensionado aumenta la fuerza de compresión en el núcleo 12. Por otro lado, en la utilización de cables, las conexiones de las áreas se reducen y la fabricación, transporte, y erguimiento se simplifica. De hecho, el transporte deja de ser un problema dado que el envío de cables es un trabajo de transporte estándar. Los cables 40 se pueden hacer para que sigan cualquier contorno para conseguir el diseño necesario y elegido. Un beneficio añadido del postensionado es que, en efecto, hace pruebas de carga del sistema de la torre durante construcción. Además, los cables 40 se pueden anclar directamente en los cimientos 20, simplificando aún más las operaciones de construcción. Los cables 40 están diseñados para que sean retensionables y reemplazables. Los cables de la torre para aerogenerador de perfil reducido 40 pueden estar sujetos a cada nivel de soporte mediante soportes rígidos 32, haciendo que su longitud no sujeta sea más corta que con los cables típicos que se usan en los puentes.

[0034] El núcleo de la torre 12 puede adoptar varias formas y se puede construir con diferentes materiales tales como acero, hormigón prefundido, hormigón armado construido en el sitio u hormigón postensado. El postensionado de los cables de la torre para aerogenerador de perfil reducido 40 introduce una compresión en el núcleo de la torre 12 que reduce la tensión del momento inducido en la estructura de núcleo, permitiendo así conexiones de unión más simples y menores. El postensionado de los cables 40 tiene un beneficio añadido en estructuras de hormigón dado que reduce la tensión en el núcleo de la torre 12, requiriendo así menos refuerzo y/o postensionado interno inferior. Además, para su eficiencia, una forma de refuerzo se puede utilizar para construir en el sitio el núcleo central uniforme 12 de la torre.

[0035] Si fuera necesario, los cables 40 se pueden proteger localmente en nivel de calidad colocando en el interior de cada cable una carcasa protectora de aproximadamente 20 a 25 pies desde el nivel del terreno. Dependiendo del tipo seguridad deseado, el espacio entre la carcasa y el cable se puede tapar o instalar una capa protectora. Luego se sellará el ensamblaje completo. De tal sistema fue pionero el inventor en 1995, al tiempo que por un director en otra empresa, y posteriormente fue implementado con éxito en varios puentes colgantes como el puente George Washington, el puente Verrazano-Narrows, el puente Whitestone.

[0036] En el sustrato de roca competente, los cables 40 se pueden anclar en la roca directamente mediante anclajes 44, reduciendo el tamaño de los cimientos significativamente (como se muestra en la figura 10). Además, similar a la torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 con brazos tubulares 14 (como en las Figuras de la 2 a la 4 y de la 6 a la 8), una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 con cables postensados 40 puede tener opcionalmente los cables 40 con abertura hacia fuera en la parte inferior de cable 48 para reducir sustancialmente las fuerzas de anclaje y el tamaño de los anclajes y cimientos (como se muestra en la Figura 11).

[0037] A diferencia de la torre actual 5, donde aumenta su capacidad para resistir momentos flectores externos y necesita una torre de un diámetro mayor y/o una capa más espesa con costes añadidos para controlar su oscilación, la torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 presenta rigidez y capacidad aumentadas con costes inferiores ampliando la distancia entre los brazos o cables tubulares 50 y aumentando la eficiencia de la torre (como se muestra en la figura 12). Al hacerlo así, se reducen las fuerzas axiales en los brazos o cables tubulares 50 y las fuerzas de cizalladura en los soportes rígidos 32, mientras que el momento flector que resisten los soportes 32 permanece prácticamente igual. Esto hace que los diseños modulares de torres para aerogenerador de perfil reducido puedan realizarse para una gama de tamaños de torres para aerogenerador de perfil reducido, ya que el usuario puede mantener un tamaño de núcleo constante y ampliar sólo la distancia entre los brazos tubulares de la torre o cables 50, sujeto a las limitaciones impuestas por la góndola 22 y los álabes 24.

[0038] Para torres altas, puede favorecer el uso de otras disposiciones de los brazos o cables tubulares 50. La figura 13, por ejemplo, muestra una disposición plana hexagonal de seis brazos o cables tubulares 50. Tales disposiciones extendidas serían preferibles para reducir las fuerzas en cada uno de los brazos o cables 50, reduciendo así el tamaño de los brazos o cables 50, el tamaño de los soportes 32, y el tamaño de la sección de núcleo de transición en los soportes 32. El número de niveles de soportes rígidos 32 también se puede aumentar para reducir adicionalmente las fuerzas en los brazos o cables tubulares 50 y los momentos flectores en el núcleo central 12, para alcanzar una solución bien equilibrada.

[0039] El diseño de la torre para aerogenerador de perfil reducido de la presente invención produce dos subsistemas interdependientes: uno es el núcleo de la torre uniforme 12 (el subsistema del núcleo) y el otro comprende a los brazos o cables tubulares 50 y sus soportes rígidos 32 respectivos con pares de placas de brida circulares 18 (los soportes del subsistema). Estos dos subsistemas soportan conjuntamente las fuerzas externas y momentos, limitan la oscilación de la torre RPWTT 10, y controlan la estabilidad general de la torre 10. Esto ofrece al diseñador la opción de determinar cómo estos dos subsistemas deberían compartir el diseño general. Generalmente, la rigidez relativa de los dos subsistemas impulsa el rendimiento general de la torre RPWTT 10. Un núcleo de la torre 12 relativamente blando cedería el control a un subsistema de soporte rígido, mientras que un subsistema de soporte relativamente blando cedería el control a un núcleo 12 de la torre rígida.

[0040] La interacción entre los dos subsistemas se nos presenta con una herramienta que permite al diseñador modificar el comportamiento estructural de la torre para alcanzar las necesidades específicas del proyecto. En vez de un sistema de torre de tubo cónico 5 autoportante único, el usuario ahora tiene posibilidades ilimitadas para moldear y dar forma al sistema estructural de la torre RPWTT 10 a su favor. La innovación de la torre para aerogenerador de perfil reducido transforma totalmente el diseño, de uno donde el diseñador tiene un papel meramente reactivo, a uno donde, en gran parte, el diseñador está al mando. El usuario puede explorar flexibilidades relacionadas en el diseño del sistema de generación de energía, por ejemplo, en formas de encontrar cómo aumentar el brazo de leva de la torre sin comprometer la eficiencia de la góndola 22 y álabes 24. Este puede dejar al descubierto un tesoro escondido de nuevas posibilidades para optimizar el diseño estructural y el diseño del sistema de generación de energía eólica como conjunto, así como liberar el potencial previamente sin explotar para reducir gastos los totales y el coste unitario de energía.

[0041] La torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 de las presentes invención ofrece muchas opciones de diseño donde el usuario puede elegir la alternativa más eficiente para un conjunto dado de condiciones. El usuario puede seleccionar una rigidez relativa diferente para los subsistemas del núcleo 12 y el soporte, diferente disposición del plan de soporte, y diferentes niveles de soporte. Para la primera iteración del diseño, el usuario asume que el núcleo de la torre 12 resiste todas las fuerzas de cizalladura y torsión, al igual que las cargas de gravedad de la góndola y el álabe, mientras el propio peso de la estructura se puede aplicar individualmente a cada elemento estructural. Para reducir costes, la sección superior del núcleo uniforme 12 se deja solo como un voladizo sin apoyos sin la ayuda del subsistema de soporte. Esto es posible ya que, en la práctica, el mismo núcleo central uniforme 12 tiene una determinada capacidad inherente que es suficiente para resistir a fuerzas y momentos por sí mismo. Además, el usuario asume que el núcleo 12 está sometido a una fijación completa en su base y una fijación rotativa, en un plano vertical, en cada nivel de soporte. La última suposición se destina a minimizar el tamaño del núcleo asignando la mayor parte de momentos flectores al subsistema de soporte más eficiente resistente a los momentos. Esto, sucesivamente, se traduce en un núcleo más blando 12 y un subsistema de soporte rígido. En iteraciones posteriores, el usuario ajusta el diseño para producir un sistema general más eficaz y económico.

[0042] Para demostrar este método, las figuras 14 y 15 muestran una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 con un núcleo uniforme 12 y dos niveles de soporte, uno con un nivel de altura de 2/5 desde el fondo de la torre, y otro con un nivel de altura de 4/5 desde el fondo de la torre, donde h es la altura total de la torre. La altura superior de 1/5 del núcleo se deja sola como un voladizo independiente. La figura 15 muestra el diagrama del momento flector para el núcleo y los subsistemas de soporte bajo una fuerza lateral P aplicada en la parte superior de la torre. Esta suposición simplificada de una única fuerza P no desmerece las conclusiones presentadas aquí. En la práctica, en vez de una fuerza lateral única P, el usuario usa las cargas laterales reales impuestas en la torre RPWTT 10.

[0043] En este ejemplo, cada subsistema de soporte en cada uno de los dos niveles resiste un 40% del momento flector del total (como se muestra en la figura 15). El momento flector que resiste cada soporte 32 es constante desde el nivel de soporte correspondiente hasta la base de la torre en los cimientos 20. Juntos, los soportes 32 en los dos niveles resisten el 80% del momento flector del total al que se somete la torre RPWTT 10. El núcleo 12 resiste sólo un 1/5 del momento flector de total, un mero 20%. Éste es cinco veces menor que el momento flector al que hubiera sido sometido el núcleo 12 si hubiera sido autoportante. Además, se nota que los momentos flectores en el núcleo 12 no aumentan continuamente como en una torre autoportante (como se muestra en la figura 1), sino que se redistribuyen más uniformemente a lo largo del núcleo 12, justificando el diseño de una estructura de núcleo más uniforme y rentable.

[0044] Para el diagrama del momento flector mostrado en la figura 15, la oscilación en la parte superior del núcleo 12 se reduce 25 veces a un mero 4% de la oscilación de un núcleo autoportante en las mismas condiciones. Tal reducción drástica en la oscilación de la torre tiene consecuencias beneficiosas significativas en la reducción del efecto de P-A en el diseño de la torre. Además, la forma deformada del núcleo 12 se modifica fundamentalmente, disminuyendo la longitud de deformación eficaz teórica (KL) 5 veces, de KL=2h para un núcleo autoportante a K = (2/5) h en este caso. Así, el núcleo en este caso es capaz de resistir a fuerzas de compresión significativamente mayores que un núcleo autónomo del mismo tamaño. Este ejemplo demuestra visiblemente la interacción beneficiosa entre los dos subsistemas e ilustra la versatilidad y potencia estructural del diseño de la torre para aerogenerador de perfil reducido.

[0045] A medida que el usuario introduce más niveles de soporte 32 a lo largo de la torre RPWTT 10, los momentos flectores del núcleo 12 y la oscilación de la torre se pueden reducir más aún. Este proceso, sin embargo, no debería hacerse indefinidamente incluso en torres altas, ya que unos pocos niveles de soporte 32 serían suficientes para producir una solución óptima. En la práctica, el usuario ubica los niveles de soporte 32 para que coincidan con la longitud de máxima transportable del núcleo 12 de la torre.

[0046] Como se ha señalado anteriormente, en la torre para aerogenerador de perfil reducido, el grado de fijación entre el núcleo 12 y el subsistema de soporte lo determina el diseñador. Una variable importante en esta relación es la proporción entre la rigidez del núcleo 12 de la torre y la rigidez del subsistema de soporte. Al diseñador se le presenta una compensación entre el tamaño del núcleo 12 de la torre, el tamaño de los brazos o cables tubulares 50, el número de niveles de soporte, y la disposición plana de los brazos o cables tubulares 50. La selección apropiada de estas variables depende, en gran parte, de la altura de la torre, las fuerzas impuestas en la torre RPWTT 10, la distancia planificada entre los brazos o cables tubulares 50 (brazo de leva), y las condiciones de tierra locales. La torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 provee al diseñador de una herramienta potente con la que puede controlar, moldear y dar forma el diseño de la torre. A través de una calibración apropiada del diseño de la torre para aerogenerador de perfil reducido, el usuario puede construir una estructura de la torre eficiente y rentable específica del proyecto RPWTT 10.

[0047] Los cables 40 se pueden dejar colocados en una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 como cuando se usan en puentes. De forma similar, se pueden dejar colocados los brazos tubulares 14. Una vez colocados, éstos ofrecen el área de superficie proyectada más pequeña que resiste al viento. Sin embargo, si por razones no estructurales se desea incluir toda la torre RPWTT 10, el sistema entero puede instalarse fácilmente utilizando un revestimiento ligero de tela reforzada, por ejemplo, fibra de vidrio tejida recubierta de teflón, unido para el sistema de cable de modo similar a las estructuras de tipo cortina o uniendo el tejido para los cables principales a la torre 40 o introduciendo cables longitudinales adicionales para soportar la carcasa de tela independientemente del sistema de cable estructural de soporte principal. El tejido está tensado estirado sobre los cables para evitar que se aflojen y proporciona la estabilidad de tejido que se necesita para la carga. No es necesario que el revestimiento se extienda desde el principio de la torre RPWTT 10 hasta sus cimientos 20 si no se necesita que quede completamente cerrado. Más bien, puede terminar en cualquier nivel deseado por encima del suelo. Cada soporte 32 con su par de placas de brida circulares 18 puede servir como un punto de terminación natural. Las carpas y otras formas de estructuras de tejido soportadas por cables son una tecnología conocida y probada que se puede integrar muy bien en el diseño de torres para aerogenerador de perfil reducido. Actualmente, las estructuras de tejido ofrecen una vida útil de aproximadamente 30 años.

[0048] La torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 es un sistema pionero versátil y potente que explota las posibilidades y beneficios ofrecidos por la transformación completa de la estructura de torre actual. La torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 acaba con las limitaciones de la torre 5 actual y mejora el rendimiento y eficiencia del nuevo sistema de torre RPWTT 10. Con una torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10, la oscilación de la torre RPWTT 10 se controla de manera eficaz, y los momentos flectores soportados por el núcleo 12 de la torre se hacen considerablemente menores y se distribuyen más equitativamente a lo largo de su altura. Los resultados abren nuevas posibilidades para una torre eólica RPWTT 10 más alta, más delgada y más rentable, que puede contribuir a reducir los costes de capital de las instalaciones de energía eólica y ayudar en la fabricación de energía eólica de una forma de energía más competitiva.

La solución marina: flotación

[0049] Según Navigant 2013, el soporte de torres eólicas, cimientos, logística e instalación responde al 47% del coste de capital de la instalación marina, sin financiar la construcción.

Los informes DOE:

[0050] Casi todas las instalaciones eólicas marinas han utilizado cimientos con plataforma de gravedad monopolo o de hormigón en agua a menos de 20 metros (65 pies) de profundidad. Los cimientos para grandes estructuras eólicas marinas instaladas en aguas más profundas, ya sean fijadas en el fondo marino o flotantes, son una de las cuestiones clave que afectarán la viabilidad del desarrollo eólico en el Programa Multianual de Energía Eólica del Departamento de Energía de EE.UU. para 2007-2012. El diseño, la versatilidad y la simplicidad de la torre de para aerogenerador de perfil reducido lo convierten en un sistema eficaz y económico en aplicaciones marinas. La torre para aerogenerador de perfil reducido se adapta perfectamente a una torre flotante al integrar en su sistema estructural el poder ilimitado del agua como elevador. Los puentes y estructuras flotantes, como los pontones, se conocen desde los tiempos bíblicos. No obstante, si bien el agua puede proporcionar cimientos flotantes económicos, presenta nuevos desafíos en forma de fuerzas hidrodinámicas, movimientos de balanceo, oscilación, torsión y vaivén que deben controlarse en las aplicaciones de torres eólicas. El sistema de torre para aerogenerador flotante de perfil reducido propuesto responde a estos desafíos de la manera más eficaz.

[0051] La figura 16 muestra una torre para aerogenerador de perfil reducido flotante que utiliza un núcleo central uniforme 12, cables postensados abiertos hacia fuera 48, cables de amarre 54 y un pontón completamente sumergido 52. El pontón 52 permanece por debajo del nivel de agua más bajo esperado 58 en todo momento. Proporciona una fuerza ascendente predeterminada diseñada para resistir a todas las fuerzas de la gravedad al mismo tiempo que suministra los medios contra los cuales se tensan deliberadamente los cables 54 de sujeción de la torre. De esta manera, el usuario introduce una fuerza de elevación establecida que es independiente del nivel real del agua y garantiza que los cablesde amarre 54 permanezcan en la tensión adecuada en todas las condiciones de carga de diseño, independientemente del nivel del agua. Esto también reduce la fatiga del cable y minimiza el efecto de las fuerzas de las olas en la estructura de la torre. El pontón 52 puede adoptar diferentes formas y estar construido con diferentes materiales. Los cables de amarre 54 están anclados en el fondo del mar utilizando contrapesas o anclajes al suelo. Los cables postensados 40 están desplegados en 48 para reducir las fuerzas en ellos y permitir que una torre eficiente más alta se extienda a mayor profundidad en el agua y, al hacerlo, reduzca la longitud de los cables de amarre 54. Los cables de amarre 54 son esenciales para hacer efectiva la torre flotante, ya que los cables de amarre 54 largos pueden afectar adversamente la oscilación en la parte superior de la torre y, a su vez, el rendimiento de la torre en su conjunto.

[0052] Los cables de amarre 54 se han utilizado eficazmente en estructuras flotantes durante muchos años. Las plataformas de patas de tensión (TLP) que utilizan cables de sujeción verticales se han empleado en la construcción de plataformas petrolíferas flotantes durante casi tres décadas. Sin embargo, a diferencia de la mayoría de las estructuras flotantes, que normalmente son de poca altura, pesadas, con una base comparativamente ancha y están sujetas a momentos de vuelco relativamente pequeños, una torre eólica es, en esencia, una estructura de gran altura con un peso relativamente ligero y base estrecha y está sujeta a momentos de vuelco sustanciales. En consecuencia, los momentos de vuelco externos en la base de la torre se traducen en grandes fuerzas axiales en los cables de amarre 54, lo que conduce a un alargamiento y acortamiento considerables de estos cables que no puede ignorarse en aplicaciones de torres eólicas. A medida que aumenta la profundidad del agua, también aumenta la longitud de los cables de amarre 54, que sujetan la torre y la anclan al fondo del mar. Como resultado, el alargamiento diferencial y el acortamiento de estos cables en momentos de vuelco externos aumenta y, a su vez, la oscilación en la parte superior de la torre se vuelve significativamente mayor.

[0053] Con un pontón 52 que está básicamente articulado en el agua y con una base de torre relativamente estrecha, los cambios en la longitud del cable de amarre se pueden aumentar varias veces en forma de oscilación en la parte superior de la torre eólica. Una oscilación tan grande afectaría negativamente al rendimiento de la torre. Una gran oscilación también puede aumentar los momentos de vuelco en la base de la torre, ya que la contribución de las cargas de gravedad de la torre al momento de vuelco en una posición de torre inclinada se vuelve de una magnitud sustancial. Cuanto más alta es la torre, más estrecha es la distancia horizontal entre los cables de amarre 54, y cuanto más largos se vuelven los cables de amarre 54, más significativo es el efecto del alargamiento y acortamiento de los cables de amarre 54 en el balanceo en la parte superior de la torre. Para mantener el alargamiento y acortamiento de los cables dentro de límites aceptables, el diámetro de estos cables debe ser mayor y/o la distancia horizontal entre los cables de amarre 54 debe ser mayor. Esta solución, por supuesto, tiene sus límites económicos. Un método eficaz para abordar este problema es construir una torre más alta y hundirla más profundamente en el agua para acortar la longitud de los cables de amarre 54. Aunque las torres convencionales que usan celosía ahusada o estructura de tubo ahusado 90 como en la figura 16A pueden utilizar este nuevo método, es ventajoso utilizar este nuevo método con las torres de perfil reducido de esta invención. A diferencia de la torre actual, donde una torre más larga requiere una estructura de mayor diámetro a costes sustancialmente más altos, una torre para aerogenerador de perfil reducido, al desplegar los cables postensados 48 de la torre o los brazos tubulares 34 debajo del agua, puede hacerse más alta y hundirse más profundamente en el agua a costes adicionales marginales relativamente mínimos.

[0054] La torre para aerogenerador de perfil reducido flotante se puede premontar completamente en tierra, llevándola luego completamente ensamblada junto con su pontón 52 a su destino final marino, donde ésta será anclada de forma permanente en el fondo marino. De esta manera, los enormes y costosos cimientos monopolos, plataformas de gravedad, o estructura de envoltura usada en las torres actuales se eliminan completamente.

[0055] Las figuras de la 17 a la 20 muestran los detalles de formas de realización alternas para las conexiones de las áreas en el nivel de soporte para ambas formas de realización de brazo tubular (como se muestra en las Figuras de la 17 a la 18), al igual que formas de realización de cable postensado (como se muestra en las Figuras de la 19 a la 20).

[0056] Las figuras 17 y 18 deben verse juntas. Estas conexiones se muestran como soldadas en el sitio, pero también se pueden diseñar atornilladas en el sitio. El núcleo central 12 está soldado tanto a la placa de brida circular superior 70, como a la placa de brida circular inferior 72. Los brazos tubulares 14 están soldados en las placas de brida circulares inferiores 72, mientras que las piezas cortadas del brazo tubular están soldadas de fábrica en los soportes 32 y placas de brida 70 y 72.

[0057] En las vistas correspondientes a las figuras 19 y 20, la placa de brida circular superior 76 y la placa de brida circular inferior 84 están soldadas en el sitio al núcleo central 12. Las vigas de refuerzo 78 están soldadas tanto a las placas de brida superior e inferior como a los soportes 32. Los ensamblajes de cable 86 atraviesan las aberturas 82 en las placas de brida superior e inferior 76 y 84.

[0058] En resumen, esta invención convierte la torre 5 de componente único actual, en tres componentes generales: un núcleo central 12, brazos tubulares 14 cargados axialmente, y alas de cizalladura 16 que unen los tres componentes para trabajar como una unidad que resiste a las fuerzas externas y a momentos a los que está sometida la torre. Los brazos tubulares 14 se ajustan por el núcleo central a través de anillos de arriostramiento 17 ó 26. En la torre para aerogenerador de perfil reducido 10 de la presente invención, el núcleo central 12 resiste una pequeña parte de los momentos externos, mientras que los brazos tubulares resisten la parte más grande de estos momentos. Los brazos tubulares que la componen están principalmente cargados axialmente. A medida que el usuario introduce aberturas 28 en las alas de cizalladura, se añaden placas de brida circulares 18 para reforzar las alas de cizalladura y apuntalar los brazos tubulares 14. A medida que el usuario aumenta el tamaño de las aberturas de las alas de cizalladura, las alas de cizalladura se reducen a soportes rígidos fuertes con pares de placas de brida circulares 18, que junto con los brazos tubulares forman el subsistema de soporte que resiste la parte más grande de los momentos externos que soporta en la torre. El sistema puede se puede soportar mediante cimientos en tierra o un pontón en agua. En una variación general, se usan cables postensados 40 para reemplazar los brazos tubulares 14. Los brazos tubulares y los cables postensados trabajan de una manera similar, interactuando con el núcleo 12 a través de los soportes rígidos 32 y sus pares de placas de brida 18; la diferencia es que los cables deben tensarse. La distancia entre los brazos o cables tubulares postensados se puede aumentar para aumentar la eficiencia del sistema resistente de la torre para aerogenerador de perfil reducido 10 de la presente invención. El núcleo central, el ensamblaje de soporte y el pontón, se pueden construir con cualquier material que pueda resistir a fuerzas y momentos impuestos en éstos. Aunque aquí se muestran los tubos para los brazos tubulares, los brazos tubulares se pueden construir de cualquier sección transversal de perfil estándar.

CONCLUSIÓN

[0059] La torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 es un sistema pionero versátil y estructuralmente potente que elimina las limitaciones de la torre actual, presenta un rendimiento superior y ofrece ventajas significativas que se traducen en torres eólicas excepcionalmente eficientes y rentables. La innovación de la torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 transforma completamente la torre eólica actual y abre nuevas posibilidades para torres eólicas más altas y delgadas que son más fáciles y rápidas de fabricar, transportar e instalar.

[0060] El sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido ofrece muchas ventajas en la fabricación y erguimiento de torres eólicas. Los costes actuales de utilización del sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido dependen de la situación específica del proyecto, de las condiciones geotécnicas y del sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido específico empleado. Con un núcleo de la torre menor y uniforme, la fabricación y erguimiento de la torre para aerogenerador de perfil reducido puede avanzar más rápidamente y a un coste más bajo. Hay menos conexiones y un número menor de segmentos del núcleo de la torre que deban manejarse y ensamblarse. Por consiguiente, los accesorios, las soldaduras, el enclavado, la supervisión y las pruebas se reducen considerablemente. Además, la laminación de placas de acero, cortes y residuos, al igual que la preparación de la superficie y la pintura de la torre se elimina drásticamente. Con una precompresión introducida en el núcleo de la torre 12 por los cables postensados 40, el núcleo de la torre 12 se puede construir en secciones tubulares que se soportan entre sí y rodear con anillos externos e internos, simplificando así el tiempo de construcción y reduciendo el tiempo de construcción. El núcleo 12 se puede construir con materiales estructurales adecuados, tales como, por ejemplo, acero u hormigón prefabricado, construido en el sitio, u hormigón postensado o un híbrido de los mismos. El núcleo de la torre para aerogenerador de perfil reducido 12 más fino y ligero resuelve las limitaciones de transporte de la torre actual y requiere una grúa menor y menos costosa para su erguimiento. Además, los soportes 32 con sus placas de brida circulares 18 son capaces de proporcionar una fase robusta para sostener una grúa trepadora para erigir el nivel de la torre siguiente, al igual que facilitan la instalación de la góndola 22 y álabes 24, evitando así la necesidad de una grúa mayor y mucho más costosa.

[0061] El perfil más delgado de la torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 disminuye el impacto visual de los aerogeneradores actuales. Esta es una ventaja importante que puede aliviar las objeciones de grupos ambientalistas sobre los parques eólicos marinos y permitir la construcción de aerogeneradores más cerca de la costa. Dado su perfil más delgado, la nueva torre 10 "desaparecería" de la vista más rápidamente que cualquier otra torre instalada hasta la fecha.

[0062] Todas las torres eólicas flotantes conocidas usan la estructura de tubo cónico terrestre e intentan que flote y se estabilice en el agua. Ningún sistema estructural conocido se ha propuesto hacer flotar una torre eólica y al mismo tiempo fabricar una torre más delgada y no ahusada con un control eficaz de su movimiento. La torre para aerogenerador de perfil reducido flotante elimina completamente la cimentación de monopolo masiva y costosa, la base de gravedad o estructura de envoltura usada en las instalaciones de torres actuales. Como se muestra, una torre para aerogenerador de perfil reducido flotante se puede ensamblar primero en tierra, luego remolcarla a flote completamente ensamblada hasta su destino final en alta mar.

[0063] La torre 5 actual del estado de la técnica anterior sólo ofrece una solución estructural: una viga voladiza sin apoyos restringida en su base. Como resultado, hoy, la optimización del sistema de energía eólica no se puede realizar en el sistema de energía eólica en su conjunto. En marcado contraste, el diseño de la torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 permite numerosas variaciones de torres y permite que varias variables interactúen en la optimización de todo el sistema de generación de energía eólica para incluir la estructura de la torre 10, turbina 22, y álabes 24. De esta manera, la torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 libera el potencial sin explorar anteriormente para reducir los gastos totales y reducir el coste unitario de la energía.

[0064] La innovación de la torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 permite aerogeneradores superaltos económicos y eficientes capaces de aprovechar los vientos más potentes a mayores altitudes, avanzando así los proyectos de energía eólica mucho más allá de las limitaciones actuales. Ella transforma la energía eólica, tanto en tierra como en mar, en un recurso menos costoso y ofrece nuevas posibilidades para aprovechar de manera eficiente la energía eólica abundante terrestre, marina y más allá del mar. Las ventajas distintivas, vitales y de amplio impacto descritas en este documento presentan un gran avance que de hecho impulsará la torre para aerogenerador de perfil reducido RPWTT 10 para que sea la torre elegida en el futuro.

[0065] Debe entenderse que los dibujos y la descripción anteriormente mencionados son meramente ilustrativos de la presente invención, y que no se pretenden limitación alguna al detalle de la construcción o diseño que se muestra en este documento, diferente de lo definido en las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido que comprende:

cimientos (20, 42, 46);

un núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior que se extiende verticalmente a partir de los cimientos (20, 42, 46);

una góndola (22) colocada en un extremo superior de dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior;

álabes (24) de turbina eólica que se extienden hacia fuera desde dicha góndola (22);

una pluralidad de brazos tubulares (14) cargados axialmente que rodean dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior de forma separada a éste, anclados a dichos cimientos (20, 42, 46) y que se extienden desde dichos cimientos (20, 42, 46) ya sea verticalmente o inclinados ligeramente y terminan de forma sustancialmente adyacente a dicha góndola (22) para resistir tanto a las fuerzas de tensión como a las fuerzas de compresión que actúan sobre los mismos y para reducir sustancialmente los momentos flectores en dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior; alas de cizalladura continuas (16) que se extienden hacia fuera a partir de una superficie externa de dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior que están unidas a dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente, y dichas alas de cizalladura (16) continuas son placas de brida radialmente extendidas que se extienden desde dichos cimientos (20, 42, 46) hasta un extremo superior de dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente; y

los anillos de arriostramiento separados que se extienden hacia fuera de dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior para proporcionar un refuerzo lateral de dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente.

2. Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido según la reivindicación 1 donde dichos anillos de arriostramiento separados comprenden anillos de arriostramiento en forma de disco (17) separados o anillos de arriostramiento en forma cónica (26) aerodinámicos separados.

3. Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido según la reivindicación 1 donde dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente terminan debajo de dicha góndola (22).

4. Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido según la reivindicación 1 donde dichas placas de brida tienen aberturas separadas (28) con pares de placas de brida circulares (18) separados.

5. Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido que comprende:

cimientos (20, 42, 46);

un núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior que se extiende verticalmente desde los cimientos (20, 42, 46);

una pluralidad de brazos tubulares (14) cargados axialmente que rodean dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior de forma separada a éste, anclados a dichos cimientos (20, 42, 46) y que se extienden desde dichos cimientos (20, 42, 46) ya sea verticalmente o inclinados ligeramente y terminan de forma sustancialmente adyacente a dicha góndola (22) para resistir tanto a las fuerzas de tensión como a las fuerzas de compresión que actúan sobre los mismos y para reducir sustancialmente los momentos flectores en dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior; soportes rígidos (32) separados y pares de placas de brida circulares (18) separados que se extienden hacia fuera desde dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior; donde dichos pares de placas de brida circulares (18) separados proporcionan un apoyo lateral a dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente, donde los soportes rígidos (32) separados y los pares de placas de brida circulares (18) separados engranan los brazos tubulares (14) cargados axialmente y proporcionan una base robusta para que una grúa trepadora facilite el erguimiento del núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior, la góndola (22) y los álabes (24).

6. Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido según la reivindicación 1 donde dichas alas de cizalladura (16) continuas y los brazos tubulares (14) cargados axialmente están abiertos hacia fuera para reducir las fuerzas de anclaje en dichos cimientos (20, 42, 46) y los tubos horizontales opcionales (36) están colocados para unir los extremos inferiores de dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente para compensar los componentes de fuerza horizontal creados por las partes desplegadas de los brazos tubulares (14) cargados axialmente.

7. Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido según la reivindicación 4 donde dichas alas de cizalladura (16) continuas con aberturas separadas y brazos tubulares (14) cargados axialmente están abiertos hacia fuera para reducir las fuerzas de anclaje en dichos cimientos (20, 42, 46) y los tubos horizontales opcionales (36) están colocados para unir los extremos inferiores de dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente para compensar los componentes de fuerza horizontal creados por las partes desplegadas de los brazos tubulares (14) cargados axialmente.

8. Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido según la reivindicación 5 donde dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente están abiertos hacia fuera para reducir las fuerzas de anclaje en dichos cimientos (20, 42, 46) y los tubos horizontales opcionales (36) están colocados para unir extremos inferiores de dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente para compensar los componentes de fuerza horizontal creados por las partes desplegadas de los brazos tubulares (14) cargados axialmente.

9. Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido que comprende:

cimientos (20, 42, 46);

una pluralidad de cables postensados (40) que rodean dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior de forma separada a éste, anclados a dichos cimientos (20, 42, 46) y que se extienden desde dichos cimientos (20, 42, 46) ya sea verticalmente o inclinados ligeramente y terminan de forma sustancialmente adyacente a dicha góndola (22) para resistir tanto a las fuerzas de tensión como a las fuerzas de compresión que actúan sobre los mismos y para reducir sustancialmente los momentos flectores en dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior; y soportes rígidos (32) separados y pares de placas de brida circulares (18) separados que se extienden hacia fuera desde dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior para anclar y engranar dichos cables (40) en niveles separados a lo largo de la longitud del mismo y para proporcionar una base robusta para que una grúa trepadora facilite el erguimiento del núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior, la góndola (22) y los álabes (24).

10. Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido según la reivindicación 9 donde dichos cables (40) pasan a través de dichos cimientos (20, 42,46) y están dispuestos para ser anclados en una roca competentes, utilizando anclajes (44), para reducir sustancialmente el tamaño de dicha base (20, 42, 46).

11. Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido según la reivindicación 9 donde dichos cables (40) están abiertos hacia fuera en partes inferiores de los mismos para rodear los cimientos (20, 42, 46) y están anclados en una roca competente, para reducir sustancialmente las fuerzas de anclaje y el tamaño de dicho anclaje (44) y dichos cimientos (20, 42, 46).

12. Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido según la reivindicación 9 donde dichos cables (40) están abiertos hacia fuera en las partes inferiores de los mismos y anclados en los cimientos (20, 42, 46) para reducir sustancialmente las fuerzas de anclaje y el tamaño de dicho anclaje (44).

13. Sistema de torre para aerogenerador flotante de perfil reducido que comprende:

un pontón sumergido (52);

un núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior que se extiende verticalmente desde el pontón sumergido (52);

dicho pontón sumergido (52) está dispuesto para anclarlo mediante cables de amarre (54), y dichos cables de amarre (54) están dispuestos para anclarlos en el fondo del mar (60);

una góndola (22) colocada sobre un extremo superior de dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior;

álabes (24) de turbina eólica que se extienden hacia fuera de dicha góndola (22);

una pluralidad de cables postensados (40) que rodean dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior de forma separada a éste, anclados a dicho pontón sumergido (52) y que se extienden desde dicho pontón sumergido (52) ya sea verticalmente o inclinados ligeramente y terminan de forma sustancialmente adyacente a dicha góndola (22) para proporcionar una fuerza de tensión en dichos cables (40) para resistir tanto a las fuerzas de tensión como a las fuerzas de compresión ejercidas sobre el mismo y para reducir sustancialmente los momentos flectores así como para inducir una fuerza de compresión en dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior; soportes rígidos (32) separados y pares de placas de brida circulares (18) separados que se extienden hacia fuera desde dicho núcleo uniforme (12) central cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior para anclar y engranar dichos cables (40) en niveles separados a lo largo de la longitud del mismo y para proporcionar una base robusta para que una grúa trepadora facilite el erguimiento del núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior, la góndola (22) y los álabes (24); y

una parte inferior de dichos cables (40) que está desplegada para reducir las fuerzas en la misma y permitir una torre más alta y eficiente.

14. Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido flotante que comprende:

un pontón sumergido (52);

dicho pontón sumergido (52) está dispuesto para anclarse mediante cables de amarre (54), y dichos cables de amarre (54) están dispuestos para anclarlos en el fondo del mar (60);

una pluralidad de brazos tubulares (14) cargados axialmente que rodean dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior de forma separada a éste, que están anclados a dicho pontón (52) y que se extienden desde dicho pontón (52) ya sea verticalmente o inclinados ligeramente y se terminan de forma sustancialmente adyacente a dicha góndola (22) para resistir fuerzas de tensión y compresión que actúan sobre los mismos y para reducir sustancialmente los momentos flectores en dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior;

soportes rígidos (32) separados y pares de placas de brida circulares (18) separados que se extienden hacia fuera desde dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior, donde dichos pares de placas de brida circulares (18) separados proporcionan un apoyo lateral a dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente,

donde los soportes rígidos (32) separados y pares de placas de brida circulares separados (18) engranan los brazos tubulares (14) cargados axialmente y proporcionan una base robusta para que una grúa trepadora facilite el erguimiento del núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior, la góndola (22) y los álabes (24); y

donde los brazos tubulares (14) cargados axialmente están abiertos hacia fuera para reducir las fuerzas de anclaje en dicho pontón (52) y los tubos horizontales opcionales (36) están colocados para unir los extremos inferiores de dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente para compensar los componentes de fuerza horizontal creados por las partes desplegadas de los brazos tubulares (14) cargados axialmente.

15. Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido flotante que comprende:

un pontón sumergido (52);

una pluralidad de brazos tubulares (14) cargados axialmente que rodean dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior de forma separada a éste, que están anclados a dicho pontón (52) y que se extienden desde dicho pontón (52) ya sea verticalmente o inclinados ligeramente y que terminan de forma sustancialmente adyacente a dicha góndola (22) para resistir fuerzas de tensión y compresión que actúan sobre los mismos y para reducir sustancialmente los momentos flectores en dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior;

alas de cizalladura (16) continuas que se extienden hacia fuera a partir de una superficie externa de dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior que están unidas a dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente; y dichas alas de cizalladura (16) continuas y dichos brazos tubulares (14) radialmente extendidos están desplegados en sus partes inferiores respectivas y los tubos horizontales opcionales (36) están añadidos para unir los extremos inferiores de dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente para compensar los componentes de fuerza horizontal creados por las partes desplegadas de los brazos tubulares (14) cargados axialmente.

16. Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido flotante que comprende:

un pontón sumergido (52);

dicho pontón sumergido (52) que está anclado mediante cables de amarre (54), y dichos cables de amarre (54) que están anclados en el fondo del mar (60);

una pluralidad de brazos tubulares (14) cargados axialmente que rodean dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior de forma separada a éste, anclados a dicho pontón sumergido (52) y que se extienden desde dicho pontón sumergido (52) ya sea verticalmente o inclinados ligeramente y terminan de forma sustancialmente adyacente a dicha góndola (22) para resistir tanto a las fuerzas de tensión como a las fuerzas de compresión que actúan sobre los mismos y para reducir sustancialmente los momentos flectores en dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior;

alas de cizalladura (16) continuas con aberturas y pares de placas de brida circulares (18) separados que se extienden hacia fuera desde dicho núcleo central uniforme (12) cilíndrico no ahusado fino de diámetro exterior para soportar y engranar dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente, donde dichas alas de cizalladura (16) continuas con aberturas y brazos tubulares (14) cargados axialmente están abiertos hacia fuera en su respectiva parte inferior y los tubos horizontales opcionales (36) están colocados para unir los extremos inferiores de dichos brazos tubulares (14) cargados axialmente para compensar los componentes de fuerza horizontal creados por las partes desplegadas de los brazos tubulares (14) cargados axialmente.

17. Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido según las reivindicaciones 1, 5 ó 9 o sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido flotante según las reivindicaciones 13, 14, 15 ó 16 donde dicho sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido está envuelto, al menos parcialmente, por una funda de carpa tensa.

18. Sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido según las reivindicaciones 1, 5 ó 9 o sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido flotante de las reivindicaciones 13, 14, 15 ó 16, donde dicho sistema de torre para aerogenerador de perfil reducido está fabricado con materiales seleccionados del grupo constituido por acero, hormigón construido en el sitio, hormigón prefabricado, hormigón postensado o un híbrido de los mismos.