WO2011070193A1 - Plataforma de medidas para su instalación en el agua - Google Patents

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WO2011070193A1
WO2011070193A1 PCT/ES2010/000504 ES2010000504W WO2011070193A1 WO 2011070193 A1 WO2011070193 A1 WO 2011070193A1 ES 2010000504 W ES2010000504 W ES 2010000504W WO 2011070193 A1 WO2011070193 A1 WO 2011070193A1
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Cesar Del Campo Y Ruiz De Almodovar
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    • Y02B10/30—Wind power

Definitions

  • the present invention falls within the sector of measuring towers, more specifically, measuring towers for installation in water.
  • the first is to drive a large-diameter pile (monopila) on the bottom of the sea on which a tower that supports the anemometers is placed and the second to build a tripod on the ground consisting of three large concrete dies of adequate weight to the depth and to the marine climate, but generally greater than 50 tons. each one, in which a lattice tower that supports the anemometers is embedded.
  • a large-diameter pile monopila
  • anemometers and equipment so installed can be easily sabotaged and therefore require constant monitoring.
  • the present invention aims to describe a measurement platform that solves the following technical problems in an economically viable way:
  • the measurement platform object of the present invention is very light. Its dimensions and weights allow it to be transported by road with a normal trailer and put it afloat with any port crane or with a normal car crane. Your transfer to the final location in the water will be done by trailer.
  • the platform comprises an improved suction anchor type foundation that forms the base of the platform. It is driven into the seabed by the difference in pressures between the exterior and the interior and by inverting the pressure gradient can be extracted for reuse. The detailed description of the invention will be explained more fully.
  • the measurement platform also has a series of tubes connected telescopically; a booth located on those tubes that contains the equipment; a vertical axis wind turbine to power the whole; a real-time data transmission device (wi-max or equivalent) to the ground station; a Doppler laser anemometer and security cameras.
  • a Doppler laser anemometer is used to avoid sabotage, as repairs at sea are more difficult and expensive. Therefore this anemometer is digital and lacks cups, easy to break in a malicious way, since it uses a laser that is divided and sent to the anemometer and whose return decays by the amount of air molecules in the detector, where the difference between the relative radiation of the laser in the anemometer and the return of radiation, are compared to determine the speed of the air molecules which allows to measure the wind speed with great accuracy and without the risk of sabotage.
  • a Doppler current meter will also be installed between the equipment, which is an instrument capable of measuring the speed of water currents. It also records its direction, depth and inclination with respect to vertical, water temperature, pressure and conductivity.
  • Figure 1 Platform of measures as a whole
  • Figure 2 Section view of the measurement platform to the equipment house
  • Figure 3 Detail section of the foundation
  • FIG. 4 Platform with unfolded and folded pipes
  • the measuring platform comprises, from its highest part to the foundations, a vertical axis wind turbine (1) to power the assembly; a data transmission device (wi-max or equivalent) to the ground station; a Doppler laser anemometer (2) and security cameras.
  • the base or floor of the equipment booth (8) is supported by a column of telescopic tubes (5), so that it can be raised or lowered easily.
  • the foundation is of the improved suction anchor type.
  • the suction anchor mechanism consists of driving a cylinder or bell (7) into the ground by making the vacuum inside and thanks to the difference in pressure it is introduced into the ground. This only works well, if the floor is waterproof and prevents water from entering the cylinder.
  • the system consists of putting a "cap” inside the bell capable of moving inside the bell (7) in the same way as a syringe plunger would.
  • this "plug” consists of an extra-heavy concrete footing that constitutes the foundation plate (1 1).
  • This foundation plate (11) can slide inside the bell (7) thanks to an O-ring with variable geometry (10) that allows the movement in a sealed way.
  • the foundation plate (1) has four cylindrical perforations through which guides (12) are introduced for ballast valves ( ⁇ 3). In the center of foundation plate (11) there is a cylindrical perforation of greater diameter than the previous ones, which will be where the telescopic tubes (5) are introduced, as well as a guide (14) for a compensation valve (15).
  • the platform is introduced into the water with the foundation (1) located in the lower part of the bell (7) and submerged, flooding the necessary part using the ballast valves (13) until it rests on the ground.
  • the inside of the bell (7) will always be at atmospheric pressure and if he wants to reduce the pressure to increase the gradient between the exterior and the interior because a pump is connected and the air inside the hood (7) and the ballast water are extracted.
  • the compensation valve (15) is opened, allowing the permeated water to enter inside the telescopic tubes (5), until reaching a height in them that compensates for the sub-pressure.
  • the hood ( 7) It goes into the ground.
  • the equipment booth (4) is designed to be watertight and therefore remains afloat during the bell immersion process (7). In this process, the displacement of the tubes (5), greater than their weight, will cause them to unfold as the bell (7) is submerged and driven. To this end, at the junction of the last tube with the base of the equipment booth (8) there is a valve that allows the interior air to escape, preventing external water from entering. Thanks to the compensation valve (5) and the sub-pressure, the water that enters the tubes (5) facilitates and drives the process of unfolding the tubes (5). It will only be necessary to introduce pressurized water inside the tubes (5) to complete and fix the telescopic lifting process until the booth (4) and the equipment it contains are lifted, up to the operating height, always above the maximum expected wave.
  • the pressure gradient must only be inverted and the bell (7) removed and the tubes (5) folded for reuse.

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Abstract

Plataforma de medidas para su instalación en el agua muy ligera y de fácil transporte que comprende una cimentación tipo ancla de succión mejorada que constituye la base de la plataforma. Es hincada en el fondo del mar por la diferencia de presiones entre el exterior y el interior e invirtiendo el gradiente de presiones se puede extraer para su reutilización. La plataforma de medidas también cuenta con una serie de tubos conectados de forma telescópica; una caseta ubicada sobre esos tubos que contiene los equipos; un aerogenerador de eje vertical para dar energía al conjunto; un equipo de transmisión de datos (wi-max o equivalente) a la estación de tierra; un anemómetro láser Doppler, cámaras de seguridad y el terminal de un correntímetro Doppler. A la estación de tierra se enviarán de forma continúa todos los datos registrados por los equipos así como las imágenes de las cámaras de seguridad. De esta forma se aumenta la seguridad de la instalación y se prevén posibles sabotajes.

Description

PLATAFORMA DE MEDIDAS PARA SU INSTALACIÓN EN EL AGUA Sector técnico de la invención
La presente invención se encuadra dentro del sector de las torres de medida, más concretamente, torres de medida para su instalación en el agua.
Se refiere la invención a una plataforma, en la que instalar equipos para la medición de los recursos renovables del mar y de las aguas continentales así, como los parámetros de dinámica oceánica necesarios para la realización de proyectos de instalaciones en el mar de equipos de producción.
Antecedentes de la invención
Es conocido que en la actualidad existe la necesidad de utilizar el mar para abastecer de alimentos, energía y agua a la población, ya que la tierra no tiene capacidad suficiente para cubrir estas necesidades.
Por ello, se está investigando en la instalación en el mar de una gran variedad de equipos que sean capaces de producir estos recursos.
Todas estas instalaciones o equipos pasan por el hecho de tener que ubicarse en el mar en emplazamientos que sean aptos, tanto para la labor para la que se van a instalar como para la cimentación que se quiera llevar a cabo. Es por ello que se requiere el tener un histórico de datos de medidas de las condiciones meteorológicas de los emplazamientos en los que se quieren instalar.
Hasta el momento todas las instalaciones que se han ubicado en el mar lo han hecho usando cualquiera de estos dos procedimientos. El primero se trata de hincar en el fondo del mar un pilote de gran diámetro (monopila) sobre el que se coloca una torre que sostiene los anemómetros y el segundo construir en tierra un trípode formado por tres grandes dados de hormigón de peso adecuado a la profundidad y al clima marino, pero generalmente mayor de 50 Tm. cada uno, en los que se empotra una torre de celosía que soporta los anemómetros.
Ambas son soluciones que requieren de equipos específicos para su transporte e instalación, de los que existen solo algunas unidades operativas en el mundo, por lo que a sus costos de operación han de sumársele los de movilización y desmovilización, desde su puerto de origen al lugar de instalación y además requieren de condiciones meteorológicas adecuadas y suponen trámites administrativos complejos, que exigen la restitución del emplazamiento a la situación anterior a la de instalación tras su uso. Eso implica el corte de la monopila a ras del fondo, (ya que extraerlas del fondo no es posible) con el uso de lanzas térmicas operadas por buzos muy especializados, que encarece aún más el procedimiento. La retirada de las construidas con trípode exige de los mismos medios para su retirada que para su utilización, no siendo, por lo general, reutilizables.
En consecuencia son procedimientos tan costosos, que exigen previamente a su instalación de prolijos, complejos y por tanto costosos estudios previos teóricos, para decidir el lugar de instalación, que confirme con mediciones reales in-situ los datos previstos, lo que supone una exigencia ineludible para poder obtener la financiación del proyecto.
En consecuencia los costos totales de una instalación, su operación y retirada, pasados los dos años de medición necesaria, superan con carácter general los cuatro millones de euros y se convierten en un factor que limita una investigación en profundidad y la selección de un emplazamiento en base al análisis de alternativas.
Complementariamente los anemómetros y equipos así instalados se pueden sabotear con facilidad y por tanto exigen de una vigilancia constante.
Otro problema añadido es la dificultad de instalar equipos para la obtención de datos del clima marítimo y la poca fiabilidad de los mismos por las perturbaciones del medio natural que introducen las propias cimentaciones.
Por todo ello, la presente invención tiene por objeto el describir una plataforma de medidas que resuelva de manera económicamente viable los siguientes problemas técnicos:
• Obligación de fabricar en dique, si se trata de la solución en trípode y utilizar medios específicos y costosos para su instalación en ambos casos.
• Complejo traslado hasta el emplazamiento final
• Sistema de fijación al fondo inseguro y muy caro
· Problemas de sabotajes a los equipos
• Dificultades para instalar sistemas de producción y almacenamiento de la energía necesaria para el funcionamiento de los equipos y el balizamiento.
• Limitaciones y dificultades para instalar el sistema de transmisión a tierra y en tiempo real de los datos obtenidos.
· Hacer reutilizables las cimentaciones y estructuras.
• Reducir costos de tal manera que sea posible la selección del mejor emplazamiento posible por análisis de las alternativas existentes.
• No introducir perturbaciones en el medio natural para que los datos obtenidos del clima marítimo sea fiables. • Permitir la instalación de equipos para la obtención de datos necesarios para la realización de la Evaluación del Impacto Ambiental.
Descripción de la invención
La plataforma de medidas objeto de la presente invención es muy ligera. Sus dimensiones y pesos permiten transportarla por carretera con un trailer normal y ponerla a flote con cualquier grúa de puerto o con una grúa de automóvil normal. Su traslado hasta el emplazamiento final en el agua se realizará mediante remolque. La plataforma comprende una cimentación tipo ancla de succión mejorada que constituye la base de la plataforma. Es hincada en el fondo del mar por la diferencia de presiones entre el exterior y el interior e invirtiendo el gradiente de presiones se puede extraer para su reutilización. En la descripción detallada de la invención se explicará más extensamente.
La plataforma de medidas también cuenta con una serie de tubos conectados de forma telescópica; una caseta ubicada sobre esos tubos que contiene los equipos; un aerogenerador de eje vertical para dar energía al conjunto; un equipo de transmisión de datos en tiempo real (wi-max o equivalente) a la estación de tierra; un anemómetro láser Doppler y cámaras de seguridad.
Se utiliza un anemómetro láser Doppler para evitar sabotajes, ya que en el mar las reparaciones son más difíciles y costosas. Por tanto este anemómetro es digital y carece de cazoletas, fáciles de romper de forma malintencionada, ya que usa un láser que es dividido y enviado al anemómetro y cuyo retorno decae por la cantidad de moléculas de aire en el detector, donde la diferencia entre la radiación relativa del láser en el anemómetro y el retorno de radiación, son comparados para determinar la velocidad de las moléculas de aire lo cual permite medir la velocidad del viento con gran exactitud y sin riesgo de sabotajes.
Entre los equipos también se instalará un correntímetro Doppler, que es un instrumento apto para medir la velocidad de las corrientes de agua. Además registra su dirección, profundidad e inclinación respecto de la vertical, temperatura del agua, presión y conductividad.
A la estación de tierra se enviarán de forma continúa todos los datos registrados por los equipos así como las imágenes de las cámaras de seguridad. De esta forma se aumenta la seguridad de la instalación y se prevén posibles sabotajes.
Frente a los problemas señalados en el apartado anterior, la solución que se ha desarrollado y cuya protección se solicita presenta las siguientes ventajas respecto a lo existente en el estadd de la técnica: * • Fabricación en tierra y en serie
• Facilidad de transporte hasta el puerto en camión
• Muy ligera, fácil botadura
• Reutilizables.
· Traslado sencillo y seguro mediante remolque hasta el emplazamiento, gracias a su estructura telescópica y su ligereza.
• Sistema de fijación al fondo muy perfeccionado y de gran fiabilidad.
• Envío de datos de medida en tiempo real y con fiabilidad.
• Cámaras de seguridad con imágenes en la estación de tierra en tiempo real. Descripción de las figuras
Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña un juego de dibujos donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: Figura 1 : Plataforma de medidas en su conjunto
Figura 2: Vista en sección de la plataforma de medidas hasta la caseta de equipos Figura 3: Sección de detalle de la cimentación
Figura 4: Plataforma con los tubos desplegados y plegados
A continuación se proporciona un listado con las referencias utilizadas en las figuras:
(I) Aerogenerador de eje vertical
(2) Anemómetro láser Doppler (Lidar)
(4) Caseta de equipos
(5) Tubos telescópicos
(6) Tapa de campana
(7) Campana
(8) Suelo de caseta
(9) Conexiones entre tubos
(10) Junta tórica
(I I) Cimentación
(12) Guía válvulas de lastre
(13) Válvulas de lastre
(14) Guía válvula de compensación
(15) Válvula de compensación
(16) Junta de apoyo
( 7) Agujeros para mangueras Descripción detallada de la invención
Para lograr una mayor comprensión de la invención a continuación se va a describirán base a las figuras presentadas, la estructura de la plataforma de medidas así como el procedimiento de fijación al suelo.
Según se observa en la figura 1 , la plataforma de medidas comprende, desde su parte más elevada hasta los cimientos, un aerogenerador de eje vertical (1) para dar energía al conjunto; un equipo de transmisión de datos (wi-max o equivalente) a la estación de tierra; un anemómetro láser Doppler (2) y cámaras de seguridad.
Todo ello reposa sobre una caseta (4) dentro de la cual se hallan todos los equipos necesarios para la toma de medidas, entre otros los terminales de un correntímetro Doppler.
La base o el suelo de la caseta de equipos (8) se apoya en una columna de tubos telescópicos (5), de manera que puede elevarse o descender de forma sencilla.
Estos tubos (5) por su parte baja, se apoyan en una placa de cimentación o zapata (11) dentro de un cilindro exterior, normalmente de acero y de base afilada, denominado campana (7). Por su parte alta, la campana tiene una tapa (6) con cuatro agujeros (17) para la instalación de mangueras.
La cimentación es del tipo ancla de succión mejorada. El mecanismo de ancla de succión consiste en hincar un cilindro o campana (7) en el suelo a base de hacer el vacío en su interior y gracias a la diferencia de presiones se va introduciendo en el suelo. Esto sólo funciona bien, si el suelo es impermeable e impide la entrada de agua dentro del cilindro.
Para poder instalarla tanto en los suelos impermeables, tipo arcilla, como en suelos permeables (grava, arena, ...) se ha mejorado el diseño, en base al mismo principio de hincado por diferencia de presiones.
De forma general, el sistema consiste en poner dentro de la campana un "tapón" capaz de desplazarse dentro de la campana (7) de la misma forma que lo haría el émbolo de una jeringuilla.
Pues bien, este "tapón" consta de una zapata de hormigón extrapesada que constituye la placa de la cimentación (1 1). Esa placa de cimentación (11) puede deslizarse dentro de la campana (7) gracias a una junta tórica de geometría variable (10) que permite el desplazamiento de forma estanca.
La placa de cimentación (1 ) cuenta con cuatro perforaciones cilindricas por las que se introducen unas guías (12) para unas válvulas de lastre (†3). En el centro de la placa de cimentación (11) hay una perforación cilindrica de mayor diámetro que las anteriores, que será por donde se introduzcan los tubos telescópicos (5), así como una guía (14) para una válvula de compensación (15).
En cuanto al procedimiento de fijación de la campana en el fondo del agua funcionaría como sigue: se introduce la plataforma en el agua con la cimentación (1 ) situada en la parte baja de la campana (7) y se sumerge, inundando la parte necesaria mediante las válvulas de lastre (13) hasta que apoye en el suelo. Como en la tapa de la campana (6) se encuentran los agujeros (17) para las mangueras que llegan hasta la superficie y emergen sobre el nivel del mar, el interior de la campana (7) se encontrará siempre a presión atmosférica y si se quiere disminuir más la presión para aumentar el gradiente entre el exterior y el interior pues se conecta una bomba y se va extrayendo el aire del interior de la campana (7) y el agua de lastre. Al apoyarse en el fondo la zapata se abre la válvula de compensación (15) que permite el agua permeada entre en el interior de los tubos telescópicos (5), hasta alcanzar una altura en los mismos que compense la sub-presión.
Gracias a la diferencia de presión existente entre la tapa de la campana (6), la cual resiste la presión atmosférica más la presión que sobre ella ejerce la columna de agua que tiene encima y el vacío en el interior de la misma, la campana (7) se va hincando en el terreno.
La caseta de equipos (4) está diseñada para ser estanca y por tanto permanece a flote durante el proceso de inmersión de la campana (7). En este proceso el desplazamiento de los tubos (5), mayor que su peso, hará que estos se vayan desplegando a medida que se sumerge e hinca la campana (7). Para ello en la unión del último tubo con la base de la caseta de equipos (8) existe una válvula que permite la salida del aire interior en impide la entrada de agua exterior. Gracias a la válvula de compensación ( 5) y a la sub-presión el agua que se introduce en los tubos (5) facilita e impulsa el proceso de desplegado de los tubos (5). Ya solo quedará introducir agua a presión por el interior de los tubos (5) para completar y fijar el proceso de elevación telescópica hasta elevar, la caseta (4) y los equipos que contiene, hasta la altura de funcionamiento, siempre por encima de la máxima ola prevista.
En el caso de que la torre de medidas se quiera desmontar, no hay más que invertir el gradiente de presiones y extraer la campana (7) y plegar los tubos (5) para su reutilización.
El peso de los tubos (5), cuando los tubos (5) no están desplegados, comprime la junta de apoyo (16) y lo hacen estanco. * Este sistema se diseña especialmente para su aplicación como torre de medidas de los recursos renovables del mar y las aguas continentales y el conocimiento de sus climas respectivos y de los parámetros necesarios para la realización de las preceptivas evaluaciones del impacto medioambiental, pero no se descarta su extensión a otros campos de la industria que requieran características similares.

Claims

Plataforma de medidas para su instalación en el agua, apropiada para su fijación tanto en fondos de suelo impermeable como permeable, que cuenta con una serie de equipos instalados para la toma de datos del emplazamiento y su envío a una estación en tierra caracterizada porque su fijación al suelo se realiza mediante una cimentación del tipo ancla de succión que cuenta en su base con una placa de cimentación o zapata (11) dotada de una junta tórica de estanqueidad de geometría variable (10), que puede deslizarse dentro de un cilindro o campana (7), que a su vez cuenta en su centro con una serie de tubos telescópicos (5) sobre los que se sitúa una caseta de equipos (4) la cual se une al tubo más interior de la serie, pudiendo subir o bajar fácilmente, manteniéndola durante el funcionamiento normal a una altura mayor que la de la máxima ola prevista.
Plataforma de medidas para su instalación en el agua según reivindicación 1 caracterizada porque la caseta de equipos (4) está diseñada para ser estanca y por tanto permanece a flote durante el proceso de inmersión de la campana (7). Plataforma de medidas para su instalación en el agua según reivindicación 2 caracterizada porque sobre la caseta de equipos (4) se coloca un aerogenerador de eje vertical (1) para dar energía al conjunto, un equipo de transmisión de datos en tiempo real (wi-max o equivalente) a la estación de tierra, un anemómetro láser Doppler (2) y cámaras de seguridad y dentro de la caseta se halla el terminal de un correntímetro Doppler y todos los equipos necesarios restantes para la toma de medidas.
Plataforma de medidas para su instalación en el agua según reivindicación 1 caracterizada porque la placa de cimentación (1 ) cuenta con cuatro perforaciones cilindricas por las que se introducen unas guías (12) para unas válvulas de lastre (13) y en el centro de la placa de cimentación (11) hay una perforación cilindrica de mayor diámetro que las anteriores, que será por donde se introduzcan los tubos telescópicos (5), así como una guía (14) para una válvula de compensación (15).
Instalación en el agua de la plataforma de medidas descrita en las reivindicaciones anteriores caracterizada porque para la fijación de la campana (7) en el fondo del agua se introduce la plataforma en el agua con la cimentación (11) situada en la parte baja de la campana (7) y se sumerge, inundando la parte necesaria mediante las válvulas dé lastre (13), hasta que apoye en el suelo; entonces se conecta una bomba y se va extrayendo el aire del interior de la campana (7) y el agua de lastre; al apoyarse en el fondo la zapata (11) se abre la válvula de compensación (15) que permite que el agua entre en el interior de los tubos telescópicos (5), hasta alcanzar una altura en los mismos que compense la sub-presión y gracias a la diferencia de presión existente entre la tapa de la campana (6), la cual resiste la presión atmosférica más la presión que sobre ella ejerce la columna de agua que tiene encima y el vacío en el interior de la misma, la campana (7) se va hincando en el terreno; en este proceso los tubos (5) se van desplegando a medida que se sumerge e hinca la campana (7), para ello en la unión del último tubo con la base (8) de la caseta de equipos (4) existe una válvula que permite la salida del aire interior en impide la entrada de agua exterior; finalmente se introduce agua a presión por el interior de los tubos (5) para completar y fijar el proceso de elevación telescópica hasta elevar, la caseta (4) y los equipos que contiene, hasta la altura de funcionamiento, siempre por encima de la máxima ola prevista.
Instalación en el agua de la plataforma de medidas según reivindicación 5 caracterizada porque el peso de los tubos (5), cuando los tubos (5) no están desplegados, comprime la junta de apoyo (16) y lo hacen estanco.
Instalación en el agua de la plataforma de medidas según reivindicación 5 caracterizada porque en el caso de que la torre de medidas se quiera desmontar, se invierte el gradiente de presiones, se extrae la campana (7) y se pliegan los tubos (5) para su reutilización.
PCT/ES2010/000504 2009-12-11 2010-12-10 Plataforma de medidas para su instalación en el agua WO2011070193A1 (es)

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