PLATAFORMA FLOTANTE EN TENSIÓN DE ESPECIAL APLICACIÓN PARA APROVECHAMIENTO EÓLICO
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se puede incluir dentro del campo técnico de la generación de energía eléctrica, en particular, de la obtención de energía eléctrica a partir del viento y/o otras fuentes renovables como pueden ser las mareas, oleaje y corrientes, en una instalación offshore.
Más concretamente, el objeto de la invención se refiere a una plataforma flotante de especial aplicación para aprovechamiento eólico offshore y/o híbrido.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Se denominan plataformas flotantes en tensión, o plataformas TLP (del inglés Tensión Leg Platform), a estructuras flotantes parcialmente sumergidas en el mar, que están ancladas al fondo del mar mediante elementos de anclaje que trabajan a tracción, y donde dichas estructuras mantienen su posición estática gracias al equilibrio entre unas fuerzas de empuje debidas a la flotación y unas fuerzas de sujeción efectuadas por los elementos de anclaje, debido a que las fuerzas de empuje son lo suficientemente intensas como para producir la tracción necesaria en los elementos de anclaje.
Se vienen empleando en la industria del petróleo y del gas plataformas offshore para la obtención de hidrocarburos en entornos marinos profundos. La aplicación de estructuras flotantes al campo del aprovechamiento de la energía eólica y/u otras fuentes renovables, se reduce a unos cuantos proyectos que se encuentran aún en fase de ejecución, y algunos otros que se encuentran aún en fase conceptual. Entre los primeros, destaca el denominado proyecto Hywind, por
medio del cual se construyó una estructura flotante de tipo spar formada por un cuerpo longitudinal mantenido en flotación por medio de cables conectados por su extremo superior al contorno del cuerpo y lastrados, en su extremo inferior, con pesos que reposan en el fondo del mar. Si bien es importante destacar que los proyectos antes mencionados utilizan cimentaciones flotantes de tipología diferente a las TLP, principalmente tipo semisumergible y en algún caso de tipo "Spar".
Se desea definir una estructura flotante de tipo TLP para su empleo en la obtención de electricidad a partir de la energía eólica y/u otras fuentes renovables en instalaciones marinas, que presente un mejor comportamiento y aplicabilidad que las plataformas del estado de la técnica.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención resuelve el problema técnico planteado, por medio de una plataforma flotante en tensión de especial aplicación para obtener energía eléctrica a partir de energía eólica y/u otras fuentes renovables en instalaciones marinas.
La plataforma de la invención comprende un cuerpo central único flotante. El cuerpo central presenta una configuración alargada según una dirección longitudinal que, en uso, es sustancialmente vertical. De manera preferente, el cuerpo central presenta simetría de revolución en torno a un eje orientado según la dirección longitudinal. Por ejemplo, el cuerpo central puede comprender uno o varios segmentos cilindricos y/o troncocónicos longitudinalmente dispuestos.
En el cuerpo central se distinguen una parte inferior y una parte superior. La parte inferior del cuerpo central está destinada a ser sumergida hasta una cota denominada calado. La parte superior del cuerpo central dispone de un extremo superior dotado de una base, sobre la cual se dispondrá un aerogenerador soportado por la plataforma de la invención. El aerogenerador puede ser tanto de
eje vertical como de eje horizontal, en este último caso, puede ser tanto bipala como tripala.
De la parte inferior del cuerpo central parten al menos cuatro patas (también denominadas pontonas) que se extienden hacia el exterior. El cuerpo central y las patas constituyen conjuntamente una estructura flotante. Las patas confieren estabilidad a la estructura flotante, fundamentalmente frente a vuelco. Las patas comprenden un primer extremo, por el cual están unidas a la parte inferior del cuerpo central, y un segundo extremo, opuesto al primer extremo, y más alejado del cuerpo central.
Para anclar la estructura flotante al fondo marino, la plataforma flotante de la invención incorpora adicionalmente, tal como se explicará seguidamente, unos porches ubicados en los segundos extremos de las patas; unos anclajes para anclar las patas al fondo marino; y unos tendones dotados de sendos extremos superiores y extremos inferiores, donde los extremos superiores están conectados a los porches y los extremos inferiores están conectados a los anclajes. Los anclajes son preferentemente pilotes clavados en el fondo marino.
Los tendones son elementos alargados destinados a soportar esfuerzos de tracción. Pueden adoptar configuraciones variadas, por ejemplo: cables de acero, cables de materiales sintéticos y tubos de acero.
En el extremo superior de cada tendón, se encuentra dispuesto un sujetacables, para conectar el tendón con su porche correspondiente, en cooperación con un primer conector. Cada primer conector comprende un extremo superior y un extremo inferior, donde el extremo superior comprende un taladro superior para articular conector con el sujetacables, mientras que el extremo inferior comprende un taladro inferior no paralelo al taladro superior, preferentemente perpendicular, para articular el primer conector con un tendón. La disposición de un taladro superior y un taladro inferior no paralelos permite al primer conector proporcionar un giro relativo entre cada tendón y su porche en torno a dos ejes, con lo cual se
evita la transmisión innecesaria de esfuerzos de torsión entre el tendón y el porche.
Tal como se ha mencionado anteriormente, en cada uno de los segundos extremos de las patas se encuentra ubicado al menos un porche. Cada uno de los porches incorpora una perforación pasante en dirección vertical para alojar unos medios de conexión destinados a ser conectados al primer conector de un tendón.
En el fondo marino se encuentran clavados unos anclajes cuya parte superior sobresale del fondo marino y está dotada de medios de fijación para conectar los extremos inferiores de los tendones.
Debido a que el empuje experimentado por la estructura flotante es superior al peso de dicha estructura flotante, los tendones, que conectan las patas de la estructura flotante con los anclajes anclados en el fondo, están sometidos a esfuerzos de tracción que transmiten a la estructura, para mantener fijada la estructura en el mar. La tensión de los tendones limita los movimientos en dirección vertical, mientras que la vinculación de los tendones con los anclajes y con los porches de las patas limita los desplazamientos horizontales y el vuelco.
La disposición de al menos cuatro patas confiere a la estructura flotante estabilidad en caso de rotura de los tendones de una de las patas. En efecto, si fallan el tendón o los tendones de una de las patas, las al menos tres patas restantes pueden proporcionar estabilidad a la estructura flotante, de modo que la estructura flotante se mantiene en pie, aunque eventualmente pueda quedar fuera de servicio. En caso de fallo de los tendones de una de las patas cuando solo hay tres patas, el vuelco de la estructura flotante sería inminente.
Mediante la presente invención se presenta una plataforma flotante en tensión para su empleo en el campo del aprovechamiento eólico en entornos marinos, de menor peso y mayor manejabilidad que las plataformas TLP empleadas en explotaciones offshore de hidrocarburos, y que presenta mejores condiciones
operacionales que otras plataformas flotantes diseñadas para explotación eólica.
La invención puede incorporar adicionalmente un dispositivo destinado a aprovechar la energía de las olas, que preferentemente está dispuesto flotando a nivel del agua y unido mediante guías al cuerpo central de la plataforma.
Las patas y el cuerpo central de la plataforma flotante están compartimentados, así como la plataforma incorpora adicionalmente un conjunto de bombas y un sistema de control, para poder bombear y extraer líquido (normalmente agua) de los compartimentos, y de esta forma variar el calado de la plataforma de manera conveniente, para llevar a cabo las operaciones de puesta a flote, transporte y fondeo.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1 .- Muestra una vista en perspectiva de la plataforma de la invención.
Figura 2.- Muestra un detalle de un porche.
Figura 3.- Muestra un detalle de los pilotes.
Figura 4.- Muestra un detalle de la conexión de un tirante a su porche correspondiente.
Figura 5.- Muestra la fijación de un tendón a su pilote correspondiente.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Seguidamente, se describe de manera detallada un ejemplo de realización de la presente invención, con ayuda de las figuras 1 a 5.
Según se muestra en la figura 1 , la plataforma flotante en tensión para aprovechamiento del recurso eólico en el mar, de acuerdo con la presente invención, comprende una estructura flotante formada por un cuerpo central (1 ) único flotante y al menos cuatro patas (2) que parten del cuerpo central (1 ).
El cuerpo central (1 ) presenta una configuración alargada a lo largo de una dirección longitudinal sustancialmente vertical y está dotado de simetría de revolución en torno a un eje orientado según la dirección longitudinal.
El cuerpo central (1 ) comprende una parte inferior y una parte superior. La parte inferior está sumergida hasta una cota denominada calado. La parte superior comprende un extremo superior dotado de una base (3) sobre la que está ubicado un aerogenerador (4) soportado por la estructura flotante.
Tal como se ha mencionado anteriormente, la parte inferior del cuerpo central (1 ) comprende un extremo inferior del cual parten cuatro patas (2) dispuestas de manera simétrica y angularmente equidistante en el perímetro del extremo inferior. Las patas (2) comprenden un primer extremo, por el cual están solidariamente unidas al cuerpo central (1 ), y un segundo extremo, opuesto al primer extremo, y más alejado del cuerpo central (1 ).
Para anclar la estructura flotante al fondo marino (5), la plataforma de la invención incorpora adicionalmente, tal como se explicará seguidamente, unos porches (6), mostrados en mayor detalle en las figuras 2 y 4, y ubicados en los segundos extremos de las patas (2); unos anclajes, preferentemente unos pilotes (7) clavados parcialmente en el fondo marino (5) y mostrados en mayor detalle en la figura 3; y unos tendones (8) dotados de sendos extremos superiores conectados en los porches (6), así como de extremos inferiores conectados a los pilotes (7),
ver figura 1
Los tendones (8) son elementos alargados destinados a soportar esfuerzos de tracción. En los extremos superiores de los tendones (8), dichos tendones (8) comprenden unos primeros medios de conexión (13) para conectar cada tendón
(8) a su porche (6) correspondiente, tal como se explicará seguidamente.
Para conectar a los porches (6) de las patas (2) a los primeros medios de conexión (13) de la parte superior de los tendones (8), la invención incorpora adicionalmente unos sujetacables (40), en cooperación con primeros conectores
(9) , ver figura 4. Los sujetacables (40) están dispuestos en el extremo superior de los tendones (8), mientras que los primeros conectores (9) comprenden un extremo superior y un extremo inferior, donde el extremo superior comprende un taladro superior (1 1 ) para articular el primer conector (9) con el sujetacables (40), mientras que el extremo inferior comprende un taladro inferior (10) perpendicular al taladro superior (1 1 ), para articular el primer conector (9) con su tendón (8). La disposición de un taladro superior (1 1 ) y un taladro inferior (10) no paralelos permite al primer conector (9) proporcionar un giro relativo entre cada tendón (8) y su porche (6) en torno a dos ejes, con lo cual se evita la transmisión innecesaria de esfuerzos de torsión entre el tendón (8) y el porche (6).
De acuerdo con una realización preferente, los primeros conectores (9) presentan una forma sustancialmente paralelepipédica definida por cuatro caras laterales (14, 15), que comprenden dos primeras caras laterales (14) opuestas entre sí y dos segundas caras laterales (15), también opuestas entre sí y perpendiculares a las primeras caras laterales (14).
Una ranura inferior (16) existente en el extremo inferior de los primeros conectores (9) atraviesa las dos primeras caras laterales (14), dejando el extremo inferior abierto en dichas primeras caras laterales (14) y definiendo en las segundas caras laterales (15) sendas primeras orejas (17) separadas por la ranura inferior (16). Análogamente, una ranura superior (18) existente en el extremo superior del
primer conectar (9) atraviesa las dos segundas caras laterales (15), dejando el extremo superior abierto en dichas segundas caras laterales (15) y definiendo en las primeras caras laterales (14) sendas segundas orejas (19) separadas por la ranura superior (18). El taladro inferior (10) pasante atraviesa las primeras orejas (17), así como el taladro superior (1 1 ) pasante atraviesa las segundas orejas (19).
Los sujetacables (40) comprenden un extremo inferior unido al extremo superior de cada tendón (8), así como comprenden además un extremo superior plano dotado de un primer agujero (22), siendo dicho extremo superior insertable en la ranura inferior (16), con el taladro inferior (10) enfrentado al primer agujero (22), de modo que cada sujetacables (40) es conectable con el primer conectar (9) a través de un primer bulón (23) que atraviesa el taladro inferior (10) y el primer agujero (22).
En cada uno de los segundos extremos de las patas (2) se encuentra ubicado al menos un porche (6) para conectar un tendón (8) a las patas (2), dejando como grado de libertad entre el tendón (8) y el porche (6) un giro respecto de un eje orientado según la dirección longitudinal del tendón (8). Cada uno de los porches (6) incorpora una primera perforación (12) pasante en dirección vertical para alojar unos segundos medios de conexión (24).
Los segundos medios de conexión (24) comprenden un cuerpo de conexión (25) dotado de un extremo superior y de un extremo inferior. En el extremo superior del cuerpo de conexión (25) está ubicado un tope (26) para mantener el extremo superior del cuerpo de conexión (25) fuera de la primera perforación (12). El extremo inferior del cuerpo de conexión (25) es plano y está dotado de un segundo agujero (27), siendo dicho extremo inferior insertable en la ranura superior (18), de modo que los segundos medios de conexión (24) son conectables con el primer conectar (9) a través de un segundo bulón (28) que atraviesa el taladro superior (1 1 ) y el segundo agujero (27).
En el fondo marino (5) se encuentran clavados unos pilotes (7) cuya parte superior sobresale del fondo marino (5) y está dotada de medios de fijación para
conectar los extremos inferiores de los tendones (8). Se prevé que los pilotes (7) estén distribuidos en tantos conjuntos como patas (2) dispone la estructura flotante, donde cada conjunto comprende preferentemente tantos pilotes (7) como porches (6) hay en cada pata (2). Los pilotes (7) de un mismo conjunto pueden ser solidarios entre sí, estando unidos en su parte superior a través de unas planchas de unión (29). En dichas planchas de unión (29) están dispuestos los medios de fijación, así como una pluralidad de ánodos (30) de sacrificio.
De manera preferente, tal como se muestra en la figura 5, los medios de fijación incorporan una pluralidad de placas (31 ), preferentemente de base triangular, donde una de las caras laterales (32) de cada placa (31 ) está fijada a la plancha de unión (29). La placa (31 ) comprende, preferentemente cerca del vértice más alejado de la plancha de unión (29), un tercer agujero (33). A su vez, el extremo inferior de los tendones (8) incorpora unos terceros medios de conexión dotados de un primer extremo fijado al extremo inferior de los tendones (8) y de un segundo extremo provisto de una segunda perforación (35), donde el segundo extremo permite abrazar la placa (31 ) a ambos lados de la placa (31 ) en la zona del tercer agujero (33), con el tercer agujero (33) y la segunda perforación (35) enfrentados, de modo que un tercer bulón (36) es insertable simultáneamente en el tercer agujero (33) y en la segunda perforación (35) para fijar el tendón (8) a la placa (31 ).
De acuerdo con una realización preferente, los terceros medios de conexión comprenden un segundo conector (34) que presenta una configuración similar a la del primer conector (9) mostrado en la figura 4, lo cual permite a la fijación entre los tendones (8) y las placas (31 ) evitar la transmisión innecesaria de esfuerzos de torsión.
Los pilotes (7) pueden ser pilotes (7) de succión, de tal manera que en las planchas de unión (29) están ubicadas unas bocas (37) para conectar una bomba (no representada) que produce la succión necesaria para insertar los pilotes (7) de cada uno de los conjuntos.