ES2967419T3 - Soporte para turbina eólica flotante - Google Patents

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Abstract

Soporte flotante para una turbina eólica que comprende un miembro de soporte central, y al menos tres conjuntos de flotabilidad, cada uno conectado al miembro de soporte central a través de una viga conectora radial y mutuamente interconectados a través de una viga conectora transversal, caracterizado porque cada conjunto de flotabilidad comprende un cuerpo conector que tiene dos lados radiales, un lado transversal hacia afuera y un lado transversal hacia adentro, en donde dos vigas conectoras transversales y una viga conectora radial se extienden lejos del lado transversal interno del cuerpo del conector, se proporcionan medios de anclaje en o cerca del lado transversal externo del cuerpo del conector y los lados radiales del cuerpo conector están conectados cada uno a un elemento de flotabilidad respectivo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Soporte para turbina eólica flotante
Campo de la invención
La invención se refiere a un soporte flotante para una turbina eólica que comprende un miembro de soporte central y al menos tres conjuntos de flotabilidad conectados al miembro de soporte central por medio de una viga conectora radial, e interconectados mutuamente por medio de una viga conectora lateral.
La invención también se refiere a un conjunto de flotabilidad para su uso en un soporte flotante y a un procedimiento de fabricación de dicho conjunto de flotabilidad.
Antecedentes de la invención
Una cimentación flotante del tipo mencionado anteriormente es conocido a partir del documento EP 1583 907, en el que se describen tres miembros de flotabilidad cilíndricos sumergidos que están unidos a una columna central por medio de secciones de patas respectivas que se extienden sobre el nivel del mar. La columna central porta la góndola y los rotores de la turbina eólica. Los miembros de flotabilidad cilíndricos están unidos al fondo marino por medio de cadenas de ancla catenaria, patas tensoras o correas.
El tamaño de la cimentación flotante para turbinas eólicas puede ser de treinta metros de altura con un ancho de 70 m o más. El volumen de los miembros de flotación es de aproximadamente 250 m3, que se proporciona por cuerpos cilíndricos de aproximadamente 10 m de altura con un diámetro de aproximadamente 6 m.
El documento WO2017/1573997 describe una cimentación de turbina eólica flotante en forma de boya de mástil, en la que los tirantes laterales y radiales están interconectados en un nodo lateral. Cada nodo porta un conjunto de depósitos de flotabilidad de casco y está conectado a las líneas de amarre.
En Villaespesa, González y Martín, Transportation and Installation of the TetraSpar Floating Offshore Wind turbine, 15 de junio de 2018, se describe el remolque de una cimentación de turbina eólica tetraédrica en una configuración de prueba usando un modelo a escala, con contrapeso deslastrado, en la dirección de una de las vigas radiales por medio de líneas de remolque que se unen a los nodos y a la columna vertical central.
Un objetivo de la presente invención es proporcionar una cimentación flotante estable para turbinas eólicas que se pueda construir de manera económica. Otro objetivo de la invención es proporcionar una cimentación flotante para turbinas eólicas que se pueda transportar a su sitio de despliegue de una manera eficaz y fiable. Otro objetivo de la invención es proporcionar una cimentación flotante para turbinas eólicas que se pueda anclar de forma segura al fondo marino.
Sumario de la invención
En este sentido, el soporte flotante de acuerdo con la invención se caracteriza por que cada conjunto de flotabilidad comprende un cuerpo conector que tiene dos lados radiales, un lado transversal exterior y uno interior, en el que dos vigas conectoras transversales y una viga conectora radial se extienden alejándose del lado transversal interior del cuerpo conector, se proporcionan medios de anclaje en o cerca del lado transversal exterior del cuerpo conector y los lados radiales del cuerpo conector están conectados cada uno a un elemento de flotabilidad respectivo.
Al colocar los elementos de flotabilidad en posiciones espaciadas en los lados radiales del cuerpo conector, la viga radial, las vigas laterales y las líneas de anclaje se pueden interconectar de forma sólida por medio del cuerpo conector sin una interacción directa con los elementos de flotabilidad. Esto da como resultado una fuerte interconexión mientras que los elementos de flotabilidad no están expuestos a grandes cargas estructurales o fuerzas de anclaje y, de ahí que, se pueden formar a partir de una construcción flotante de peso relativamente ligero.
Cuando se ancla el soporte flotante al fondo marino, los elementos de flotabilidad espaciados permiten el acceso sin obstáculos de las líneas de anclaje para pasar entre los elementos de flotabilidad contiguos a los medios de anclaje en el cuerpo del conector, tales como, por ejemplo, cajas de cadenas. Las cargas de anclaje se transfieren completamente al cuerpo conector sin tener que pasar a través de los miembros de flotabilidad. Además, los miembros de flotabilidad espaciados permiten la conexión de la parte superior de las líneas de anclaje por medio de un cable tensor que se extiende desde los medios de anclaje en el cuerpo conector, hacia arriba hasta un dispositivo tensor que se coloca en la columna central para aplicar la tensión requerida en las líneas de anclaje sin tener que pasar sobre los elementos de flotabilidad. De este modo, los miembros de flotabilidad no están sometidos a fuerzas durante el tensado de la línea de anclaje y la trayectoria entre el dispositivo tensor de la columna central y el cuerpo conector puede ser una trayectoria en línea sustancialmente recta, por lo que se facilita el tensado de la línea de anclaje.
En un modo de realización, los cuerpos conectores portan en o cerca de sus lados transversales exteriores al menos uno, preferentemente al menos dos conectores de cadena pivotantes. Por medio de los conectores de cadena pivotantes, las fuerzas de amarre se transfieren directamente al cuerpo conector y de allí a las vigas conectoras radial y a la lateral.
El miembro de soporte central puede portar un dispositivo tensor de cadena, una trayectoria de tensado de cadena que se extiende a lo largo de una trayectoria en línea sustancialmente recta desde el conector de cadena, entre los elementos de flotabilidad hasta el dispositivo tensor.
El miembro de soporte central puede comprender una sección vertical, una viga de interconexión radial que se extiende desde una altura predeterminada a lo largo de la sección vertical por encima del cuerpo conector, hasta una cara superior de cada cuerpo conector. De esta manera se forma un armazón con conformación de tetraedro con los cuerpos conectores situados en las esquinas del plano base.
En otro modo de realización de un soporte flotante de acuerdo con la invención, las segundas partes de extremo de los cuerpos conectores sobresalen una distancia desde un plano que toca la circunferencia de los dos elementos de flotación. En esta construcción, las líneas de amarre o líneas de remolque conectadas a los cuerpos conectores se pueden extender en ángulos laterales más grandes en relación con un plano de simetría, sin interferir con los elementos de flotabilidad.
Los elementos de flotabilidad son preferentemente de conformación cilíndrica y comprenden una pila de segmentos cilíndricos reforzados interconectados por soldadura circunferencial. Los cuerpos conectores permiten el uso de un refuerzo simple de los miembros de flotabilidad, de ahí que se reducen los costes de fabricación.
Un procedimiento de producción de un conjunto de flotabilidad de acuerdo con la presente invención comprende las etapas de:
- formar dos elementos de flotabilidad cilíndricos por apilamiento de segmentos anulares reforzados,
- interconectar segmentos anulares colindantes por soldadura circunferencial,
- proporcionar un cuerpo conector, y
- conectar los dos elementos de flotabilidad a los lados radiales respectivos del cuerpo conector.
Al construir los elementos de flotabilidad de segmentos anulares con una estructura de refuerzo simple, que se puede interconectar usando un procedimiento de soldadura circunferencial automatizado, se logra una logística simplificada y costes reducidos.
Se pueden conectar ménsulas de refuerzo en el interior de las placas laterales anulares y los paneles de refuerzo, antes de soldar los segmentos entre sí.
Dependiendo de la resistencia requerida de los elementos de flotabilidad, se pueden ajustar dos o más paneles de refuerzo dentro de una placa lateral anular cualquiera.
Breve descripción de los dibujos
Algunos modos de realización de un soporte flotante de acuerdo con la invención se describirán en detalle, a modo de ejemplo no limitante, con referencia al dibujo adjunto. En los dibujos:
la fig. 1 muestra una turbina eólica flotante que comprende un soporte que no forma parte de la invención, la fig. 2 muestra un detalle ampliado del cuerpo conector y los miembros de flotabilidad de acuerdo con la invención en una vista en planta,
la fig. 3 muestra una vista en perspectiva del conjunto de flotabilidad de acuerdo con la invención, la fig. 4 muestra una vista esquemática de una boya 40 constituida por una pila de segmentos anulares, y la fig. 5 muestra una vista en planta de un segmento mostrado en la fig. 4.
Descripción detallada de la invención
La fig. 1 muestra un soporte flotante con conformación tetraédrica 1 para una turbina eólica, comprendiendo el soporte 1 un cuerpo cilíndrico central 1' y tres conjuntos de flotabilidad 2, 3, 4 conectados al cuerpo central 1' por medio de vigas conectoras radiales 5, 6 que se extienden hacia afuera desde el cuerpo central 1'. Las vigas conectoras transversales 7, 8, 9 se extienden circunferencialmente entre conjuntos de flotabilidad contiguos 2-4, que forman puntos de esquina del plano base del soporte 1.
El cuerpo cilíndrico 1' porta un mástil vertical 24 con un miembro tensor 23 para tensar las líneas de amarre 27, 28 con las que se fija el soporte 1 al fondo marino 30. El mástil 24 puede tener una construcción de armazón entramado tubular abierto. Desde una posición en el mástil 24 por encima de los conjuntos de flotabilidad 2-4, vigas de conexión radiales en ángulo 25, 26 se extienden hacia abajo hasta los conjuntos de flotabilidad. Sobre el mástil 24 se coloca la columna 31 de la turbina eólica que porta una góndola 32 y palas 33, 34, 35.
Como se muestra en la fig. 2 y la fig. 3, cada conjunto de flotabilidad 2, 3, 4 comprende dos boyas cilíndricas 20, 21, que están unidas a lados radiales opuestos 11, 12 de un cuerpo conector 10 respectivo. Los cuerpos conectores 10 están unidos a lo largo de sus lados transversales internos 14 a las vigas conectoras radiales, transversales y en ángulo 5, 6; 7, 8, 9 y 25, 26. En los lados transversales exteriores 13 de los cuerpos conectores 10, los miembros conectores de líneas de anclaje, tales como los conectores de cadena pivotantes 16, 17 que tienen miembros de tope de cadena, se conectan a las partes superiores de las líneas de amarre 27, 28. Las líneas de amarre 27, 28 pueden estar formadas por cadenas catenarias, líneas de ancla sintéticas o combinaciones de líneas de ancla sintéticas y secciones de cadena.
En el sitio de despliegue, las líneas de amarre 27, 28 se tensan conectando sus partes superiores por medio de una línea tensora 29 al dispositivo tensor 23, que puede ser un gato o cabrestante o cualquier otro dispositivo tensor adecuado, y tirando de las líneas de amarre a lo largo una trayectoria de tensado en línea sustancialmente recta. Cuando los conjuntos de flotabilidad y el cuerpo central 1' se sumergen a la profundidad deseada, tal como, por ejemplo, 30 m, el dispositivo tensor 23 se desconecta de las partes superiores de las líneas de amarre. Las boyas 20, 21 y el miembro de soporte central 1' se pueden lastrar permitiendo la entrada de agua en los cuerpos huecos de las boyas y el miembro de soporte.
El soporte flotante 1 se puede remolcar al sitio de despliegue en una configuración en Y, con la pata de la Y en la dirección de remolque, uniendo secciones de la línea de remolque a dos conjuntos de flotabilidad contiguos por medio de ménsulas auxiliares y conectando el punto de conexión de las secciones de la línea de remolque a una línea de remolque principal.
De forma alternativa, la línea de remolque principal se puede unir al cuerpo conector 10 de uno de los conjuntos de flotabilidad 2, 3, 4 sin necesidad de una ayuda de unión auxiliar, para remolcarse hasta el sito de despliegue mientras se evitan cargas de remolque sobre las boyas cilíndricas 20. 21.
La altura de las boyas 20, 21 puede estar entre 8 m y 20 m, preferentemente aproximadamente 15 m con un diámetro entre 4 m y 14 m, preferentemente aproximadamente 6 m.
La longitud de las vigas conectoras radiales 5, 6 está entre 25 m y 50 m y la longitud de las vigas conectoras transversales 7 está entre 40 m y 90 m, preferentemente aproximadamente 65 m.
La altura del miembro de soporte central 1' está entre 5 m y 20 m, con un diámetro de entre 4 m y 15 m.
La altura de la sección vertical 24 puede ser de 20 m a 50 m por encima de la parte superior del soporte central 1' y el miembro tensor se puede colocar a una altura de aproximadamente 30 m por encima de la parte superior del soporte central 1', preferentemente justo encima de las vigas de interconexión en ángulo 25, 26.
La columna 31 de la turbina eólica puede ser de 80 m o más alta, y la longitud de las palas 34, 35, 36 puede ser de 60 m o más, por ejemplo, de 85 m a 110 m.
La fig. 4 muestra esquemáticamente una pila 40 o segmentos anulares 41, 42, 43 que están interconectados por soldadura a lo largo de soldaduras circunferenciales 44. Cada segmento anular 41-43 consiste en una placa lateral anular 45 y un miembro de refuerzo interno 46.
La figura 5 muestra una vista en planta de un segmento 41, con una serie de ménsulas de refuerzo 47, 48 conectadas a un buje central 48. De esta manera se refuerzan al menos una serie de segmentos 41-43.
Al usar los cuerpos conectores 10 de acuerdo con la invención, las boyas 20, 21 pueden ser de una construcción relativamente simple y se pueden hacer de segmentos de una manera relativamente simple, a alta velocidad para proporcionar una tasa de producción que sea proporcional a la instalación de parques eólicos marinos a gran escala.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1 . Soporte flotante para una turbina eólica que comprende un miembro de soporte central (1), y al menos tres conjuntos de flotabilidad (2-4), cada uno conectado al miembro de soporte central por medio de una viga conectora radial (5, 6) e interconectados mutuamente por medio de una viga conectora transversal (7), en el que cada conjunto de flotabilidad comprende un cuerpo conector (10) que tiene dos lados radiales (11, 12), un lado transversal exterior y uno interior (13, 14), en el que se proporcionan medios de anclaje (16, 17) en o cerca del lado transversal exterior (13) del cuerpo conector y los lados radiales (11, 12) del cuerpo conector están conectados cada uno a un elemento de flotabilidad (20, 21) respectivo,caracterizado por quedos vigas conectoras transversales (7, 8) y una viga conectora radial (5) se extienden alejándose del lado transversal interior (14) del cuerpo conector (10), estando situada una línea que conecta las líneas centrales de los elementos de flotabilidad (20, 21) más cerca del miembro de soporte central (1) que los medios de anclaje (16, 17).
  2. 2 . Soporte flotante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los cuerpos conectores portan en o cerca de su lado transversal exterior al menos uno, preferentemente al menos dos conectores de cadena pivotantes.
  3. 3 . Soporte flotante de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende un dispositivo tensor de cadena (23) unido al miembro de soporte central (1), una trayectoria de tensado de cadena en línea sustancialmente recta (24) que se extiende desde el conector de cadena (16, 17), entre los elementos de flotabilidad (20, 21) al dispositivo tensor (23).
  4. 4 . Soporte flotante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el miembro de soporte central comprende una sección vertical (24), una viga de interconexión radial en ángulo (25) que se extiende desde una altura predeterminada a lo largo de la sección vertical por encima del cuerpo conector, hasta cada cuerpo conector (10).
  5. 5 . Soporte flotante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los elementos de flotabilidad (20, 21) son de conformación cilíndrica que comprenden una pila (40) de segmentos cilíndricos reforzados (41, 42, 43) interconectados por soldadura circunferencial.
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