WO2015181428A1 - Subestructura flotante para aerogenerador y procedimiento de instalación de la misma - Google Patents

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WO2015181428A1
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flotation
substructure
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Miguel Ángel FERNÁNDEZ GÓMEZ
José SERNA GARCÍA-CONDE
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Esteyco S.A.P.
Sea Wind Towers Sl
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Definitions

  • the present invention relates to a floating work intended to be installed in a location in a body of water such as the sea, a lake or the like, and a method of installation thereof.
  • the work of the present invention can be a floating substructure for wind turbines, substantially of concrete, which in installed condition comprises either a semi-emerged type shaft and a submerged type floating base, or an emerging type shaft and a semi-submerged flotation base.
  • the term "substructure" designates the part of a wind tower intended to support the wind turbine means of the wind tower on it, thus including the necessary tower itself or shaft.
  • this invention is especially applicable to floating substructures for wind turbines made substantially of concrete, this is not intended to limit the scope of the description or the claims to the application of the object of the present invention to this type of works , nor to substructures made substantially of concrete, since the present invention is also advantageously applicable to substructures that in installed condition have a lower portion made mostly of concrete up to a certain height above the water level and mostly of another material (for example, steel) above said certain height, and it is also applicable although it is not preferred to substructures made mostly of a material other than concrete (for example, steel) along its entire vertical dimension.
  • the main sector of application of the present invention is the Large structure construction industry, especially in concrete, particularly in relation to the renewable or green energy industry, especially wind energy. Background of the invention
  • Wind farms at sea begin to make an appearance, confirming the forecasts of great growth in the application of this technology in the coming years.
  • Wind farms built at sea are certainly more expensive, logically depending on the draft of the waters in which they are located, but the wind quality is higher, its speed higher and its turbulence less and, consequently, the number of hours of production, which added to the higher density of air at sea level generates higher revenues than in land parks, offsetting the extra cost of the initial investment.
  • structural concrete proves to be an ideal material for inland constructions, especially marine constructions.
  • metallic structures is mostly in mobile floating elements, as an extension of naval practice and always linked to uninterrupted maintenance
  • concrete is instead an advantageous alternative and therefore more common in all types of maritime constructions of Fixed type (ports, dikes, docks, breakwaters, platforms, lighthouses, etc.). This is fundamentally due to the durability, robustness and structural resistance, the reduced sensitivity to marine corrosion and the virtually maintenance-free service of structural concrete. With an adequate design, its sensitivity to fatigue is also very low. Its useful life usually exceeds 50 years.
  • concrete offers advantages due to its tolerance against impacts or shocks, and can be designed, for example, to withstand the forces generated by ice to the drift or impact of small ships, in addition to the ease and economy of their eventual repair.
  • Structural concrete is also a universal building material, and the raw materials and means for its elaboration are accessible worldwide and of moderate cost.
  • An object of the present invention relates to a floating substructure for wind turbines comprising:
  • a flotation base comprising at least one essentially hollow body that can be selectively filled with ballast, in which the maximum horizontal dimension of the flotation base exceeds the maximum vertical dimension of the flotation base,
  • a telescopic shaft supported on said flotation base and comprising at least two sections, including a base section and a head section,
  • Said shaft which supports the wind turbine means, is formed from at least two tubular sections that are placed one on top of the other coaxially, possibly with a partial axial overlap, until the expected height is completed, of which at least one can be tapered upstream in the installed condition of the substructure. Between two successive sections there is therefore a respective horizontal joint.
  • the shaft section intended to be arranged directly on said floating base in the installed condition of the substructure is hereinafter referred to as the “base section” and any section other than the base section is referred to herein. hereinafter referred to as "overlap segment".
  • the stretch of overlay intended to be arranged in the highest position of the shaft in the installed condition of the substructure is hereinafter referred to as "head section".
  • Each of said sections may be in one piece (hereinafter referred to as "integral section").
  • at least one of said sections may be formed by at least two pieces of circumference arc or segments, juxtaposed until the expected circumference of the corresponding section is completed. Between two successive segments there is therefore a respective vertical joint.
  • the base section of the shaft of a substructure and the flotation base of such a substructure can be joined without continuity solution, and / or be made in one piece, without thereby leaving the scope of the present invention.
  • Said floating substructure for wind turbines comprises, in an installed condition, either a semi-emerged type shaft and a submerged type floating base, or an emerging type shaft and a semi-submerged type floating base.
  • a semi-emerged type shaft and a submerged type floating base or an emerging type shaft and a semi-submerged type floating base.
  • the floating work according to the present invention can also comprise at least one tie rod whose upper end is attached to the building, preferably a shaft, and whose lower end is attached to the flotation base.
  • At least one of said braces is inclined with respect to the vertical so that the lower end of the brace is further away from the central vertical axis of the building than the upper end of the brace.
  • At least one of said braces may be formed by the extension of a respective retention cable, in which case the flotation base comprises a deflection element that allows a break in the alignment of the retention cable and the upper end of the retention cable It is finally linked to the building.
  • the flotation base may be a structure comprising a single essentially closed, watertight and hollow body, of the drawer type, which is preferably made substantially of concrete, or it may be a structure comprising at least two essentially closed, watertight and hollow bodies, of drawer type, of which at least one is preferably made substantially of concrete, said bodies being joined together directly or by means of a frame, for example of lattice type or bar type.
  • Each of said bodies may have one or more interior compartments, sealed or intercommunicated.
  • a floating work according to the present invention can be transported by water by trailer or self-propelled to the site.
  • the flotation base and at least part of the building can form a transport unit that is floating and self-stable.
  • the flotation base, the telescopic shaft in a folded condition that is, with the base section connected in solidarity with the flotation base and the overlapping sections temporarily housed inside one another and within the base section
  • at least part of a wind turbine means attached to the head section of said telescopic shaft can form a transport unit that is Floating and freestanding.
  • the telescopic shaft in folded condition allows the center of gravity of the transport unit to be lowered and thus favors its stability.
  • the flotation base remains semi-submerged and the building, if necessary the telescopic shaft in folded condition, remains completely emerged.
  • the flotation base is completely submerged and the building is partially submerged.
  • the central vertical axis of the building preferably coincides with the central vertical axis of the flotation base.
  • said downward thrust means may comprise means for fixing to the seabed such as piles driven in the ground, micropiles anchored in the ground, bulbs of hardenable material anchored in the ground, or suction buckets anchored in the terrain, or other elements or combination of elements known in the art that generate a connection with the terrain and are capable of withstanding the ascensional force transmitted on them by the retention cables.
  • Said downward thrust means may also comprise means for fixing to the seabed such as gravity systems based on the use of one or more massive elements arranged on the seabed capable of resisting, at their own weight, at least part of the force ascensional that the retention cables apply on them.
  • At least one of said massive elements can comprise an essentially hollow concrete drawer, whose interior in installed condition is totally or partially filled with ballast material, the ballast material being able to be a liquid or solid material.
  • Said concrete drawer can be self-floating and self-stable in untrained condition, so that it can be transported towed to the site and once there, weighted to submerge it until it is supported on the seabed.
  • the retention cables, once connected to said flotation base and to said downward thrust means, can be vertical and therefore parallel to each other, but they can also have a certain inclination with respect to the vertical, to resist more rigidly the possible horizontal forces to which they are subjected.
  • the work according to the present invention can further comprise lateral maintenance means of the position that connect the floating work with the seabed so that it is not drifting.
  • Such means of lateral maintenance of the position may comprise at least one mooring or "mooring" attached at one end to the seabed and at the other end to any element of the floating work.
  • the joining of said mooring to the seabed can be carried out by means of various systems known in the art, such as by means of anchors, by the system known as "single point mooring" or by simple gravity in case a plurality of moorings are arranged in Shape of large chains and length.
  • At least one of said massive elements is likely to be provisionally attached to the flotation base.
  • at least one of said massive attachable elements can be part of the transport unit and be transported together with the buoyancy base and the building, and once at the site, lift off the buoyancy base until it reaches its position for the installed condition of the work.
  • the floating work according to the present invention may comprise means for provisionally collecting the retention cables for their coiled or wound winding, as part of the transport unit and / or as part of at least one massive element.
  • These elements allow efficient transport of the retention cables and, during the installation process of the retention cable, allow it to be deployed or unwind progressively, which improves the efficiency and simplicity of the installation process in particular when the means of Downward thrust comprise massive elements that are ballasted for their progressive descent to their position in the installed condition of the floating work.
  • the flotation base of a floating work may comprise at least one extension arm that projects laterally outwardly from the perimeter of the body or the set of bodies of the flotation base.
  • at least one of the retention cables may be connected at its upper end to a respective extension arm, preferably to the free end of a respective extension arm.
  • at least one of the braces may be attached at its lower end to a respective extension arm.
  • at least one of said braces may be formed by the extension of a respective cable of retention, in which case the extension arm comprises, preferably at its free end, a deflection element that allows a break in the alignment of the retention cable and the upper end of the retention cable is finally attached to the building.
  • the lateral maintenance means of the position can be attached, at one end, to the seabed and, at the other end, to at least one of said extension arms.
  • the floating work according to the present invention may comprise, under the flotation base, at least one pressurized gas chamber (for example pressurized air), which increases the volume of water dislodged by the flotation base and therefore increases the rising buoyant force it receives.
  • the enclosure containing said pressurized gas chamber is open on its lower side so that it is connected to the site's water body.
  • means for controlling and regulating the volume and / or pressure of the air contained in said pressurized gas chamber can be provided, which allows to regulate the upward buoyancy thrust received by the flotation base and thereby regulate the voltage they experience the retention cables, adapting it to convenience depending, in particular, on wind or swell conditions.
  • the floating work according to the present invention may comprise, at the flotation base, means of harnessing the energy of the waves that include at least one Wells type turbine located in an air passage through the lower side of the flotation base that communicates the essentially watertight interior enclosure of the flotation base and / or of the building with said pressurized gas chamber.
  • the floating work according to the present invention can comprise a system for regulating the size of at least one pressurized gas chamber, by adjusting the volume and / or pressure of the air it contains, which allows adjusting the frequency of resonance in said pressurized gas chamber at the ranges of the predominant period of the incident waves, thereby increasing the oscillations of the water level in said pressurized gas chambers that produces the waves and the use of their energy.
  • Said Wells type turbines allow to take advantage of the energy of the waves by means of the procedure known as oscillating water column; the passage of the waves generates ascents and descents of the sheet of water within the enclosure that contains the pressurized gas chamber, thereby propelling air through the passage between the gas chamber under the flotation base and the interior itself of the flotation base or the shaft.
  • the Wells type turbine has the capacity to generate energy by taking advantage of the air flow through said passage in either direction.
  • the Wells type turbine is the preferred type, another type of turbines can also be used for the use of the energy of a moving fluid known in the art, without thereby departing from the scope of the present invention.
  • Another object of the present invention relates to a procedure for installing a floating work as described above.
  • the installation procedure according to the present invention comprises the following steps in any technically possible order:
  • C1) apply the telescopic shaft in folded condition to the flotation base
  • C2) apply at least part of the wind turbine means to the head section
  • step C2 it is preferred to apply the wind turbine means (step C2) before step D) of self-floating transport and before step G) of deployment of the telescopic shaft, although they can be placed at another time without thereby leaving the scope of the present invention.
  • Step E) can be carried out at different stages, which can also be intercalated with other steps of the installation procedure.
  • the retention cables can be fixed at one end to the sea bottom fixing means in advance and before step D), and fixed at the other end to the flotation base after step D).
  • the retention cables can be fixed at one end to the flotation base before step D) and at the other end to the sea bottom fixing means after step D)
  • the installation procedure according to the present invention further comprises, before step D), the step:
  • the installation procedure according to the present invention may further comprise, after step D) and before step E) is completed, the step:
  • ballast the flotation base to submerge it to the desired level for the installed condition, which preferably coincides with the level in the installed condition of the upper end of at least one of the retention cables.
  • step E) the flotation base will reduce its ballast, thus increasing the buoyant force it receives and therefore the tension applied to the retention cables.
  • the installation procedure according to the present invention may further comprise, after step C) and before step E), the step:
  • step E the step:
  • Such flotation stabilizing means may include:
  • each float having a buoyancy such that it remains on the surface along step I), and / or
  • the controlled ballasting procedure of the flotation base that employs the auxiliary flotation means described here is capable of being used analogously for the ballasting process of platforms intended to support the seabed in an installed condition, in accordance with this invention.
  • the installation procedure according to the present invention may further comprise, before step E), the steps:
  • the installation procedure according to the present invention may further comprise, before step E), the step:
  • one or more tugs can be used to control the planar position of the floating substructure.
  • step G) of the installation procedure according to the present invention is divided into two or more phases, including one or more phases after step D) and before step E) and one or more phases after step E)
  • step D) of the installation procedure according to the present invention is preferably divided into two or more phases, including:
  • step C2) includes the installation on the head section of only part of the wind turbine means
  • step D includes the installation on the head section of only part of the wind turbine means
  • N mount all wind turbine means on the head section.
  • the present invention makes it possible to provide a powerful substructure. That is, a substructure designed at source with increased capacity and adaptability to allow repowering or repowering (the future replacement of an original wind turbine with another of greater power, efficiency and profitability) taking advantage of the same substructure.
  • the installation procedure according to the present invention as described above is reversible. That is to say, the steps carried out can be developed in the opposite direction in order to dismantle the work, either to permanently remove it or to carry out work of any kind on it in port and reinstall it.
  • the floating work is a floating substructure for wind turbines, thanks to the telescopic feature of the shaft, it can be configured to be brought to the folded condition at any time during the life of the substructure, for example for maintenance actions or, precisely, of repowering.
  • the present invention therefore provides a floating work and an installation process thereof that are advantageous for high depths, which are especially applicable to works made essentially of concrete and that depend little or no on large marine means for transport, handling and raising the elements of the work, which consequently implies a low or no cost associated with such means.
  • the flotation base according to the present invention can be understood analogously to the foundation block of a gravity foundation solution supported on the seabed.
  • ballast Even in the case of ballast, the differences in external and internal pressure to the walls of the flotation base are smaller than those that should be supported in the case of a ballast to the bottom.
  • the flotation base of the present invention requires a less voluminous structure since the effectiveness of the foundations by gravity in relation to stabilization is closely linked to its weight and is usually tackled using large volumes that are heavily weighted and that must be able to withstand the transmission of important forces to the ground. These characteristics may allow maintaining relatively moderate costs.
  • the present invention provides a floating work and an installation procedure thereof for inland use, which are advantageous for high depths, relatively simple, efficient, safe and economical both in installation and in maintenance and / or, in case of floating substructures for wind turbines, repowering.
  • Figure 1 schematically shows an elevation view, partially in cross-section, of a transport unit with a shaft in folded condition, with wind turbine means;
  • Figure 2 schematically shows an elevation view, partially in cross-section, of a floating substructure fixed to the seabed by cables and piles, with wind turbine means;
  • Figure 3 schematically shows an elevation view, partially in cross-section, of a floating substructure fixed to the seabed by cables and massive elements, with extension arms, with wind turbine means;
  • Figure 4 schematically shows an elevation view, partially in cross-section, of a floating substructure fixed to the seabed by cables and a massive element, with wind turbine means;
  • Figure 5 schematically shows an elevation view, partially in cross-section, of a floating substructure fixed to the seabed by cables and piles, with extension arms and braces and with wind turbine means;
  • Figure 6 schematically shows five elevational views, partially in cross-section, showing respective embodiments that include different stabilizing means employed during the installation procedure;
  • Figure 7 schematically shows two elevational views, partially in cross-section, showing respective phases of realization with stabilizing means employed during the installation procedure;
  • Figure 8 schematically shows three elevational views, partially in cross-section, of respective stages in an installation procedure of a floating substructure fixed to the seabed by cables and a massive element, with wind turbine means;
  • Figure 9 schematically shows a perspective view of a floating substructure fixed to the seabed by cables and piles, with a floating base of several bodies, with a non-telescopic shaft and wind turbine means
  • Figure 10 schematically shows a perspective view of a floating substructure fixed to the seabed by cables and piles, with another floating base of several bodies and with braces, with wind turbine means
  • Y schematically shows a perspective view of a floating substructure fixed to the seabed by cables and piles, with another floating base of several bodies and with braces, with wind turbine means
  • Figure 1 1 shows schematically a portion of a floating substructure, specifically a flotation base that includes a pressure gas chamber and Wells type turbines, as well as extension arms.
  • a floating work which, in an installed condition, in accordance with the present invention, comprises: a flotation base 2, comprising at least one body with an essentially hollow interior 25 whose maximum horizontal dimension exceeds its maximum vertical dimension; a building supported on said flotation base 2; means of downward thrust; and at least three retention cables 8 whose respective upper ends are attached to said flotation base 2 and whose respective lower ends are attached to said downward thrust means.
  • the building that is part of the floating work comprises a telescopic shaft 3, the wind turbine means 7 shown being an optional and / or interchangeable accessory with other accessories, depending on the application of the floating work, illustrated simply by way of example for the explanation of the embodiments of the invention.
  • the flotation base 2 has a sufficient dimension to ensure stable self-floating of the assembly comprising the flotation base 2 itself, the telescopic shaft 3 in folded condition and at least part of the means 7 wind turbine arranged in the head of said shaft.
  • FIG. 1 shows a transport unit 9 in a transport phase of an embodiment of the installation process according to the present invention, in which a self-floating and self-transporting transport unit 9, formed by a flotation base 2, a telescopic shaft 3 in folded condition supported on said flotation base 2, and wind turbine means 7 connected to the head section 32 of said telescopic shaft 3, is towed by a tug boat 28.
  • the downward thrust means and the retention cables 8 are transported apart from said transport unit 9 and subsequently applied to the transport unit 9.
  • Figure 6 shows a transport unit 9 in a lowering condition corresponding to an embodiment of the installation procedure according to the present invention, specifically during the ballasting step of the flotation base 2 just before precisely applying retention cables 8 connected at their lower end to downward pushing means.
  • Figure 6 shows five views representing respective embodiments of stabilizing means 27 used in the installation procedure.
  • Such stabilizing means 27 are intended to stabilize the transport unit 9 during the tasks of applying the downward thrust means and the retention cables 8 to the transport unit 9, as well as during the ballasting and lowering tasks of the base 2 of flotation until its operational level.
  • Such stabilizing means 27 are optional in the installation process and, in any case, are preferably removable and reusable so that they are not part of the floating substructure 1 in installed condition.
  • the stabilizing means 27 comprise three floats attached to the flotation base 2 in a fixed relative position, each float having a height sufficient to always remain partially emerged along the length of the ballasting step and descent of floating substructure 1 to its operational level.
  • two towing boats 28 would be connected to the floating base 2 of the floating substructure 1 at diametrically opposite points, to increase the control of the positioning of the floating substructure 1.
  • the stabilizing means 27 comprise three floats that are connected to each other and that comprise means 33 for guiding the tower that maintain their relative position in plan with the floating base 2 (in the representation only two floats can be seen by the type of view used), each float having a motorized reel comprising means 29 of lowering; in this case said means 29 of arriada consist of a end joined by its free end to the flotation base 2, so that said motorized reel takes place as the ballasting and lowering of the floating substructure 1 takes place until its operational level. Said end is prestressed.
  • the stabilizing means 27 comprise a single float that partially surrounds the base section 4, the float having a flat "U” shaped geometry, and comprising traction means 31, which in this case consist of three motorized reels, each comprising a end connected at its free end to the flotation base 2, so that each of said motorized reels takes a long time as the ballasting and descent of the floating substructure 1 to its operational level.
  • the stabilizing means 27 comprise two barges or vessels each having a motorized reel comprising a end connected by its free end to the flotation base 2 (in this embodiment, specifically a a respective extension arm 19) so that said motorized reel takes place as the ballasting and lowering of the floating substructure 1 takes place until its operational height.
  • the stabilizing means 27 comprise three floats (although in the sectional view only two are schematized) connected to the flotation base 2 by means of extension arms 39 which in this case are provisional , and also include support vessels 27 equipped with landing means 29. In this case, the floats remain emerged during part of the ballasting process of the flotation base 2 but not in the last stages of the ballasting process.
  • Figure 7 shows a transport unit 9 in a lowering condition corresponding to an embodiment of the installation procedure according to the present invention, specifically during the ballasting step of the flotation base 2 just before applying precisely retention cables 8 connected at their lower end to downward pushing means.
  • Figure 5 shows two views representing respective phases of realization of stabilizing means 27 used in the installation procedure.
  • Such stabilizing means 27 are intended to stabilize the transport unit 9 during the tasks of applying the downward thrust means and the retention cables 8 to the transport unit 9, as well as during the ballasting and lowering tasks of the base 2 of flotation until its operational level.
  • Such stabilizing means 27 are optional in the installation process and, in any case, are preferably removable and reusable so that they are not part of the floating substructure 1 in installed condition.
  • the stabilizing means 27 comprise three floats that are connected to each other and comprise guiding or sliding means 33, such that they allow the shaft to slide during ballasting and / or lowering of the flotation base 2 while the floats 27 remain on the surface (only two floats can be seen in the representation by the type of view used).
  • the flotation base 2 is semi-submerged during the transport operation.
  • Figure 2 represents wind turbine means 7 supported on a deployed telescopic shaft 3 formed by four tubular sections, that is, a base section 4 and three overlapping sections 5, 32, of which one is the head section 32.
  • the telescopic shaft 3 rests on its base section 4 on a flotation base 2.
  • the shaft is of the semi-emerged type and the flotation base 2 is of the submerged type, together forming part of a floating substructure 1 for wind turbines.
  • Three retention cables 8 start from the perimeter zone of said flotation base 2 (of which only two are visible due to the type of view used).
  • These retention cables 8 are connected, at their opposite end to their end joined to the flotation base 2, to downward thrust means consisting of means for fixing to the bottom which, in this embodiment, are driven piles 12 anchored to the bed Marine. Said cables extend between the flotation base 2 and the corresponding pile adopting a certain inclination to improve its behavior against the horizontal actions that could act on the floating substructure 1.
  • the flotation base 2 has different compartments that can be weighted in a differential manner, which allows generating a non-uniform distribution of the ballast that at least partially counteracts the acting external actions, such as waves, sea currents, etc.
  • the ballast material 14 may be a liquid material or a solid material or a mixture of both.
  • Figure 3 represents wind turbine means 7 supported on a deployed telescopic shaft 3 formed by four tubular sections, that is, a base section 4 and three overlapping sections 5, 32.
  • the telescopic shaft 3 rests on its base section 4 on a flotation base 2.
  • the shaft is of type semi-emerged and the flotation base 2 is submerged, together forming part of a floating substructure 1 for wind turbines.
  • Three retention cables 8 start from the perimeter zone of said flotation base 2 (of which only two are visible due to the type of view used).
  • the flotation base 2 comprises three extension arms 19 that extend laterally outward from said flotation base 2 and from each of said extension arms 19 part a respective retention cable 8.
  • These retention cables 8 are connected, at their opposite end to their end joined to the flotation base 2, to downward thrust means consisting of means for fixing to the bottom which, in this embodiment, are massive elements seated at the bottom. marine for each cable, in the form of a hollow concrete drawer 34.
  • the interior of the drawers 34 is filled with ballast material 14, whereby said drawers 34 are anchored to the seabed by gravity.
  • Said cables extend vertically between the flotation base 2 and the corresponding drawer 34.
  • the flotation base 2 also includes a pressurized gas chamber 22 explained in more detail below. In this embodiment, the flotation base 2 is not ballasted.
  • the cables may be arranged inclined with respect to the vertical so that the lower end of each of the cables is farther from the central vertical axis 10 of the shaft than the upper end of the same cable, without thereby leaving the scope of the invention.
  • Figure 4 represents wind turbine means 7 supported on a deployed telescopic shaft 3 formed by four tubular sections, that is, a base section 4 and three overlapping sections 5, 32.
  • the telescopic shaft 3 rests on its base section 4 on a flotation base 2.
  • the shaft is of the semi-emerged type and the flotation base 2 is of the submerged type, together forming part of a floating substructure 1 for wind turbines.
  • Three retention cables 8 start from the perimeter zone of said flotation base 2 (of which only two are visible due to the type of view used).
  • These retention cables 8 are connected, at their opposite end to their end connected to the flotation base 2, to downward thrust means consisting of means for fixing to the bottom which, in this embodiment, comprise a massive element seated in the seabed, in the form of a hollow drawer 34 of concrete common to all cables.
  • the interior of the common drawer 34 is filled with ballast material 14, whereby said common drawer 34 is anchored to the seabed by gravity.
  • Said cables extend vertically between the flotation base 2 and said common drawer 34.
  • the flotation base 2 is ballasted, which allows generating a non-uniform distribution of the ballast that at least partially counteracts the acting external actions, such as waves, sea currents, etc.
  • the cables may be arranged inclined with respect to the vertical so that the lower end of each of the cables is farther from the central vertical axis 10 of the shaft than the upper end of the same cable, without thereby leaving the scope of the invention.
  • Figure 5 represents wind turbine means 7 supported on a deployed telescopic shaft 3, formed by two tubular sections, a base section 4 in this case of concrete and a head section 32, in this case metallic.
  • the telescopic shaft 3 rests on its base section 4 on a flotation base 2.
  • the shaft is of the emerged type and the flotation base 2 is of the semi-submerged type, together forming part of a floating substructure 1 for wind turbines.
  • Three retention cables 8 start from the perimeter zone of said flotation base 2 (of which only two are visible due to the type of view used).
  • the flotation base 2 comprises three extension arms 19 that extend laterally outward from said flotation base 2 and from each of said extension arms 19 part a respective retention cable 8.
  • These retention cables 8 are connected, at their opposite end to their end joined to the flotation base 2, to downward thrust means consisting of means for fixing to the bottom which, in this embodiment, are driven piles 12 anchored to the bed Marine. Said cables extend vertically between the flotation base 2 and the corresponding pile. In this embodiment, the flotation base 2 is not ballasted.
  • the floating substructure 1 includes three braces 20, each of which starts from a respective extension arm 19 and is connected at its other end to the upper end of the base section 4 of the shaft of the floating substructure 1.
  • three strands are provided, each connected by one end to its corresponding pile 12 and the other end to the upper end of the base section 4 of the shaft of the floating substructure 1.
  • Each of said strands passes through a deflection element 21 located at the free end of a respective extension arm 19, each strand being thus divided into a lower segment extending from an extension arm 19 to the corresponding pile 12 and an upper segment extending from an extension arm 19 to the upper end of the base section 4 of the shaft of the floating substructure 1.
  • each of said lower segments forms each of said retention cables 8, and each of said upper segments each forms said said braces 20.
  • Said deflection element 21 is in this embodiment a plastic element with a curved face which allows the cable to deviate by adopting a suitable bending radius.
  • FIG 8 it shows intermediate phases of the installation process of the embodiment of figure 4;
  • view 8 (a) shows a transport unit 9 in a transport phase, in which a self-floating and self-stable transport unit 9, formed by a flotation base 2, a telescopic shaft 3 in folded condition supported on said base 2 of flotation, and wind turbine means 7 attached to the head section 32 of said telescopic shaft 3, is towed by a tug boat 28.
  • the downward thrust means comprise means for fixing to the seabed consisting of a massive element attached to be seated on the seabed, in the form of a hollow drawer 34 of concrete common to all cables, whose plant substantially coincides with the floor of the flotation base 2.
  • said common drawer 34 is attached to the lower flat surface of said transport unit 9 and is transported together with it. Said common drawer 34 is kept attached to the flotation base 2 in this transport phase by means of the retaining cables 8 or by any known fastening means that, once this transport phase is finished, can be released.
  • the common drawer 34 is weighted so that it descends to rest on the seabed, while the retention cables 8 that connect said common drawer 34 with the flotation base 2 are deployed.
  • the view 8 (b) shows the transport unit 9 with the massive attached element in anchored and weighted condition, in which the retention cables 8 are fully extended, the common drawer 34 is seated in the seabed, and the base 2 flotation is substantially floating on the surface of the water.
  • tension means 31 of the retention cables 8 are used that collect a predetermined amount of cable, which causes the flotation base 2 to descend to its operational level because the weighted common drawer 34 remains anchored to the seabed by virtue of its weight.
  • Said traction means 31 are in this case lifting jacks (heavy-lift strand jacks) that are operated from accessible rooms inside the flotation base 2.
  • the view 8 (c) shows the floating substructure 1 according to the present invention in said installed condition, in which the cables are stretched to the precise extent so that the flotation base 2 is placed at its operational level, and the common drawer 34 is seated in the seabed.
  • the shaft of the floating substructure 1 is of the semi-emerged type and the flotation base 2 is of the submerged type.
  • Said cable traction means 31 may already be initially applied to the floating substructure 1 and optionally used to extend the retention cable 8 during the ballasting phase of the attached common drawer 34.
  • said cables may already be applied initially to the common drawer 34 and be collected in the transport phase by means of cable collection means 30,
  • the massive element attached or transported in part, provides the necessary stability -through the retention cables 8- during the ballasting process of the flotation base 2, including although the flotation base 2 is completely submerged. Therefore, the installation process can be carried out without the use of flotation stabilizing means 27.
  • Figures 9 and 10 show two embodiments of a floating substructure 1 for wind turbines according to the present invention, in which the flotation base 2 is formed by a plurality of hollow bodies.
  • Figure 9 shows an embodiment of a floating substructure 1 for wind turbines according to the present invention in which the flotation base 2 is formed by a main hollow body and two additional hollow bodies, all hollow bodies being joined together. through lattice type frames;
  • Figure 10 shows an embodiment of a floating substructure 1 for wind turbines according to the present invention in which the flotation base 2 is formed by a main hollow body and three additional hollow bodies, the additional hollow bodies being each joined to the main hollow body by means of a bar-like frame, which in this case is also formed by a prismatic hollow body.
  • the main hollow body is in the form of a disk and holds on it a non-telescopic tubular shaft 40 which in turn supports the wind turbine means 7, and the additional hollow bodies are arranged so that they form a plant triangular with the main hollow body.
  • the retention cables 8 split one of each hollow body and are connected, at its opposite end to its end attached to the flotation base 2, to downward thrust means consisting of bottom fixing means that, In this embodiment, there are 12 driven piles anchored to the seabed
  • the main hollow body is in the form of a disk and holds on it the shaft of the floating substructure 1, and the additional hollow bodies are arranged around said main hollow body in positions equidistant from each other. and equidistant with said main body.
  • the retention cables 8 split one of each of the additional hollow bodies and are joined, at their opposite end to their end attached to the base 2 of flotation, to downward thrust means consisting of bottom fixing means, in this embodiment, are driven piles 12 anchored to the seabed.
  • the floating substructure 1 of this embodiment further comprises three braces 20, which split one of each of the additional hollow bodies and join the upper end of the base section 4 of the shaft of the floating substructure 1.
  • the lower end of a strap 20 of a floating work according to the present invention will be attached to the floating base 2 of the floating work in a position close to or aligned with the point of attachment of the upper end of one of the cables 8 retention to flotation base 2.
  • the sections of the telescopic shaft 3 are formed by prefabricated segments that joined through vertical joints 38 form essentially cylindrical sections of the shaft. Likewise, between said cylindrical sections, horizontal joints 37 are formed along the shaft.
  • the sections of the tower formed by segments can be pre-assembled in dry and / or spring to form complete sections, and then proceed to apply the complete sections to the flotation base 2, intermediate process equally applicable to other types of offshore substructures that use towers telescopic type as described in the present invention.
  • FIG. 1 there is shown a detail of an embodiment of floating substructure 1 according to the present invention, specifically a flotation base 2 with extension arms 19 that includes a gas chamber 22 under pressure and Wells type turbines 23 for harnessing wave energy and corresponding to the gas chamber 22 of the embodiment of Figure 3.
  • the perimeter wall of the flotation base 2 is extended downward so that a cavity oriented downward is formed.
  • This cavity initially contains air which, by placing the flotation base 2 in the site water body, is trapped. Furthermore, when the flotation base 2 is submerged, said trapped air is compressed, said gas chamber 22 being formed under pressure. Alternatively or additionally, air or any other pressurized gas can be introduced into said pressurized gas chamber 22.
  • the flotation base 2 is compartmentalized. Each compartment has an opening in the bottom wall and, in correspondence with each respective opening, a corresponding Wells turbine 23.
  • the compartments also have an opening in each partition partition between compartments. The partition compartments between compartments are also extended downwards so that said pressurized gas chamber 22 is also compartmentalized.
  • the power generation system of a Wells-type turbine 23 of the present invention is based on the OWC (oscillating water column) technology, based on the changes in the oscillating water column, based on changes in pressure generated by the waves in the air chamber 22 and that propel the air through the Wells type turbines 23.
  • OWC oscillating water column
  • Wells type turbines 23 in the embodiments of the present invention for the generation of energy from the waves in which the floating work is a floating substructure 1 for wind turbines makes special sense since all the infrastructure destined to the evacuation of the energy generated by the wind turbine.
  • the pressurized gas chamber 22 may comprise means for controlling and regulating the volume and / or pressure of the gas contained in said pressurized gas chamber 22, to regulate or help regulate the draft of the floating substructure 1 and to adjust or help adjust the resonance frequency of the gas chamber 22 to improve the efficiency of the oscillating water column system.
  • the generator means may comprise an up-wind or down-wind type turbine, as well as any number of blades, without being limited to three blades as illustrated for purely illustrative purposes.
  • lateral extensions referred to herein as "arms” may be coupled or even integrated in a lateral extension as a continuous crown or as an arc. crown or in any other type of structure, without thereby leaving the scope of the invention.
  • arms may be coupled or even integrated in a lateral extension as a continuous crown or as an arc. crown or in any other type of structure, without thereby leaving the scope of the invention.
  • essentially circular shapes are preferred for many of the elements included in the invention such as shafts, hollow bodies or drawers, they may be possible other multiple geometries without leaving the scope of the invention, such as square or rectangular shapes, of regular or irregular polygon.
  • ballast material of the massive elements known technology can be used, for example analogous to that used in submarines to control its depth.

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Abstract

Obra flotante que comprende: una base de flotación, que comprende al menos un cuerpo esencialmente hueco susceptible de ser rellenado selectivamente con lastre, en la que la máxima dimensión horizontal de la base de flotación supera la máxima dimensión vertical de la base de flotación; una edificación soportada sobre dicha base de flotación comprendiendo preferentemente una torre de tipo telescópico; medios de empuje descendente; y al menos tres cables de retención, cuyos respectivos extremos superiores quedan unidos a dicha base de flotación, preferiblemente en posiciones perimetrales de la base de flotación, y cuyos respectivos extremos inferiores quedan unidos a dichos medios de empuje descendente, de forma que dichos cables de retención están en tensión y aplican sobre dicha base de flotación una fuerza descendente que incrementa la estabilidad de la obra flotante. Y procedimiento de instalación de tal obra flotante.

Description

SUBESTRUCTURA FLOTANTE PARA AEROGENERADOR Y PROCEDIMIENTO DE
INSTALACIÓN DE LA MISMA
DESCRIPCIÓN
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una obra flotante destinada a estar instalada por tanto en un emplazamiento en una masa de agua tal como el mar, un lago o similar, y a un procedimiento de instalación de la misma.
Especialmente, la obra de la presente invención puede ser una subestructura flotante para aerogenerador, sustancialmente de hormigón, que en condición instalada comprende o bien un fuste de tipo semi-emergido y una base de flotación de tipo sumergido, o bien un fuste de tipo emergido y una base de flotación de tipo semi- sumergido. En este contexto, el término "subestructura" designa la parte de una torre eólica destinada a soportar sobre ella los medios de aerogenerador de la torre eólica, incluyendo por tanto la necesaria torre propiamente dicha o fuste.
Para mayor claridad en la descripción, en el presente documento se hará referencia en general al uso de una obra de acuerdo con la presente invención en el mar, sin que ello suponga una limitación en el alcance de la invención en cuanto a la masa de agua de emplazamiento de acuerdo con la presente invención. Igualmente, para mayor claridad en la descripción, en el presente documento ilustrará especialmente una obra de tipo subestructura flotante para aerogenerador, sin que ello suponga una limitación en el alcance de la invención.
Aunque, como ya se ha indicado, esta invención es especialmente aplicable a subestructuras flotantes para aerogenerador hechas sustancialmente de hormigón, esto no pretende limitar el alcance de la descripción o de las reivindicaciones a la aplicación del objeto de la presente invención a este tipo de obras, ni a subestructuras hechas sustancialmente de hormigón, puesto que la presente invención también es aplicable ventajosamente a subestructuras que en condición instalada tienen una porción inferior hecha mayoritariamente de hormigón hasta cierta altura por encima del nivel del agua y mayoritariamente de otro material (por ejemplo, acero) por encima de dicha cierta altura, y también es aplicable aunque no se prefiere a subestructuras hechas mayoritariamente de un material distinto al hormigón (por ejemplo, acero) a lo largo de toda su dimensión vertical.
Por lo tanto, el principal sector de aplicación de la presente invención es la industria de la construcción de grandes estructuras, especialmente en hormigón, en relación particularmente con la industria de las energías renovables o verdes, especialmente la energía eólica. Antecedentes de la invención
Es notorio el protagonismo que la energía de origen eólico ha adquirido en los últimos años, en España, en Europa y en el resto del mundo. Y todas las previsiones apuntan a un crecimiento sostenido de la generación de energía eólica en todo el mundo. Las políticas energéticas de los países más avanzados y con mayor poder económico incluyen entre sus objetivos una creciente presencia de la energía eólica.
En este contexto, empiezan a hacer acto de presencia los parques eólicos en el mar, confirmándose las previsiones de un gran crecimiento en la aplicación de esta tecnología en los próximos años. Los parques eólicos construidos en el mar son ciertamente más costosos, dependiendo lógicamente del calado de las aguas en las que se ubican, pero la calidad del viento es mayor, su velocidad más alta y su turbulencia menor y, en consecuencia, mayor el número de horas de producción, lo que sumado a la mayor densidad del aire a nivel del mar genera mayores ingresos que en los parques en tierra, compensando el sobrecoste de la inversión inicial. De hecho, es ya frecuente, en particular en Alemania, en las Islas Británicas y en los países nórdicos, la promoción y construcción de parques eólicos en el mar y es notabilísimo el número de parques eólicos marinos que están en estudio, en coherencia con las previsiones de crecimiento de este tipo de parques íntimamente ligadas a los objetivos estratégicos fijados a nivel gubernamental para alcanzar ciertas cuotas de producción de energía renovable. La tendencia a emplear aerogeneradores de mayor potencia y tamaño, con el objetivo de reducir el coste unitario de la potencia instalada, ha sido una constante en el desarrollo de los aerogeneradores y es si cabe más marcada en el caso de la eólica marina. Prácticamente todos los grandes fabricantes de aerogeneradores tienen en estudio o en fase avanzada de desarrollo modelos de gran potencia, 3 y más megavatios, adaptados a las condiciones marinas que son particularmente exigentes.
Esta escalada en potencia y las condiciones marinas particularmente exigentes suponen a su vez un notable incremento en las solicitaciones y requerimientos sobre la subestructura que habrá de soportar los aerogeneradores, lo que exigirá el desarrollo de conceptos novedosos para dicha subestructura, de capacidad incrementada, resistencia óptima y coste competitivo, más aún si cabe cuando el empleo de la subestructura se realiza en emplazamientos de alta profundidad, que puede ser aconsejable en determinadas circunstancias. Para estos emplazamientos, se han planteado soluciones por flotación de las que todas las construidas hasta la fecha han empleado una subestructura metálica.
Entre las principales desventajas y limitaciones que pueden tener las soluciones flotantes conocidas, cabe destacar las siguientes:
• La instalación de subestructuras implica elevados costes derivados de los escasos y costosos medios marinos para el transporte, manipulación e izado de los elementos de cimentación, fuste y turbina.
• El acero ofrece una reducida perdurabilidad en el medio marino, por las agresivas condiciones de humedad y salinidad, en particular en las zonas de carrera de marea. En consecuencia, son necesarios elevados y costosos requerimientos de mantenimiento. Ello, unido a la alta sensibilidad de las estructuras metálicas a las cargas de fatiga, limita la vida útil de los componentes metálicos de la subestructura.
• Las subestructuras de acero son muy sensibles al choque de embarcaciones, icebergs y objetos a la deriva en general.
• Existen incertidumbres derivadas de la variabilidad del coste del acero, notablemente más acentuada que la del hormigón.
• Ciertas soluciones existentes presentan una limitada rigidez para el fuste de la subestructura, lo que limita la capacidad para mayores alturas de subestructura y tamaños de aerogeneradores, en particular con soluciones de cimentación de reducida rigidez, que es el caso más habitual en instalaciones off-shore.
• Gran dependencia de medios marinos específicos de elevación y transporte, cuya oferta es muy limitada.
En cuanto al material de fabricación, el hormigón estructural demuestra ser un material idóneo para las construcciones aguas adentro, especialmente las construcciones marinas. De hecho, aunque el empleo de estructuras metálicas es mayoritario en elementos flotantes móviles, como extensión de la práctica naval y siempre ligado a un mantenimiento ininterrumpido, el hormigón es en cambio una alternativa ventajosa y por ello más habitual en todo tipo de construcciones marítimas de tipo fijo (puertos, diques, muelles, espigones, plataformas, faros, etc.). Esto es fundamentalmente debido a la durabilidad, robustez y resistencia estructural, a la reducida sensibilidad a la corrosión marina y al servicio prácticamente libre de mantenimiento del hormigón estructural. Con un adecuado diseño, su sensibilidad a la fatiga es además muy reducida. Su vida útil suele superar los 50 años.
Además el hormigón ofrece ventajas por su tolerancia frente a impactos o choques, pudiendo diseñarse por ejemplo para soportar las fuerzas generadas por hielo a la deriva o el impacto de pequeños buques, además de por la facilidad y economía de su eventual reparación.
El hormigón estructural es además un material de construcción universal, y las materias primas y medios para su elaboración son accesibles a nivel mundial y de moderado coste.
Es por ello que el hormigón es un material cada vez más utilizado para la fabricación de subestructuras para uso aguas adentro (más conocido por el anglicismo "off-shore"), aunque hasta el momento se ha destinado a subestructuras con cimentación en el lecho marino, y por tanto para profundidades escasas o estructuras complejas.
Exposición de la invención
Un objeto de la presente invención se refiere a una subestructura flotante para aerogenerador que comprende:
- una base de flotación, que comprende al menos un cuerpo esencialmente hueco susceptible de ser rellenado selectivamente con lastre, en la que la máxima dimensión horizontal de la base de flotación supera la máxima dimensión vertical de la base de flotación,
- un fuste telescópico soportado sobre dicha base de flotación y que comprende al menos dos tramos, incluyendo un tramo de base y un tramo de cabeza,
- medios de empuje descendente, y
- al menos tres cables de retención, cuyos respectivos extremos superiores quedan unidos a dicha base de flotación, preferiblemente en posiciones perimetrales de la base de flotación, y cuyos respectivos extremos inferiores quedan unidos a dichos medios de empuje descendente, de forma que dichos cables de retención están en tensión y aplican sobre dicha base de flotación una fuerza descendente que incrementa su estabilidad.
Dicho fuste, que soporta los medios de aerogenerador, se forma a partir de al menos dos tramos tubulares que se colocan uno sobre otro coaxialmente, posiblemente con un solapamiento axial parcial, hasta completar la altura prevista, de los cuales al menos uno puede ser ahusado en sentido ascendente en la condición instalada de la subestructura. Entre dos tramos sucesivos hay por lo tanto una respectiva junta horizontal. De entre los tramos de fuste, el tramo de fuste destinado a estar dispuesto directamente sobre dicha base de flotación en la condición instalada de la subestructura se denomina aquí en lo sucesivo "tramo de base" y cualquier tramo aparte del tramo de base se denomina aquí en lo sucesivo "tramo de superposición". El tramo de superposición destinado a estar dispuesto en la posición más alta del fuste en la condición instalada de la subestructura se denomina aquí en lo sucesivo "tramo de cabeza".
Cada uno de dichos tramos puede ser de una sola pieza (denominado aquí en lo sucesivo "tramo integral"). Alternativamente, al menos uno de dichos tramos puede estar formado por al menos dos piezas de arco de circunferencia o dovelas, yuxtapuestas hasta completar la circunferencia prevista del correspondiente tramo. Entre dos dovelas sucesivas hay por lo tanto una respectiva junta vertical.
Además, el tramo de base del fuste de una subestructura y la base de flotación de tal subestructura pueden estar unidos sin solución de continuidad, y/o estar fabricados de una sola pieza, sin salir por ello del alcance de la presente invención.
Dicha subestructura flotante para aerogenerador, comprende en condición instalada o bien un fuste de tipo semi-emergido y una base de flotación de tipo sumergido, o bien un fuste de tipo emergido y una base de flotación de tipo semi- sumergido. A estos efectos, se considera en la presente invención que la parte de torre que se sitúa a una cota más baja que la cota más alta de la base de flotación, de haberla, es parte de dicha base de flotación
La obra flotante de acuerdo con la presente invención también puede comprender al menos un tirante cuyo extremo superior queda unido a la edificación, preferiblemente un fuste, y cuyo extremo inferior queda unido a la base de flotación. Al menos uno de dichos tirantes queda inclinado respecto a la vertical de forma que el extremo inferior del tirante está más alejado del eje vertical central de la edificación que el extremo superior del tirante. Al menos uno de dichos tirantes puede estar formado por la prolongación de un respectivo cable de retención, en cuyo caso la base de flotación comprende un elemento de desviación que permite un quiebro en la alineación del cable de retención y el extremo superior del cable de retención queda unido finalmente a la edificación.
La base de flotación puede ser una estructura que comprenda un único cuerpo esencialmente cerrado, estanco y hueco, de tipo cajón, que está preferiblemente hecho sustancialmente de hormigón, o puede ser una estructura que comprenda al menos dos cuerpos esencialmente cerrados, estancos y huecos, de tipo cajón, de los cuales al menos uno está preferiblemente hecho sustancialmente de hormigón, estando dichos cuerpos unidos entre sí directamente o por medio de un armazón, por ejemplo de tipo celosía o de tipo barra. Cada uno de dichos cuerpos puede tener uno o varios compartimentos interiores, estancos o intercomunicados.
Una obra flotante de acuerdo con la presente invención puede ser transportada por el agua mediante remolque o autopropulsión hasta el emplazamiento. A tal fin, la base de flotación y al menos parte de la edificación pueden conformar una unidad de transporte que es flotante y autoestable. En el caso de una obra flotante que es una subestructura flotante para aerogenerador que comprende un fuste telescópico de acuerdo con la presente invención, la base de flotación, el fuste telescópico en condición plegada (es decir, con el tramo de base conectado de forma solidaria con la base de flotación y los tramos de superposición alojados provisionalmente uno dentro de otro y dentro del tramo de base), y al menos parte de unos medios de aerogenerador unidos al tramo de cabeza de dicho fuste telescópico pueden conformar una unidad de transporte que es flotante y autoestable. El fuste telescópico en condición plegada permite bajar la cota del centro de gravedad de la unidad de transporte y favorece de ese modo su estabilidad.
Preferiblemente, durante el transporte la base de flotación permanece semi- sumergida y la edificación, en su caso el fuste telescópico en condición plegada, permanece completamente emergido. Sin embargo, preferiblemente, en la condición instalada de la subestructura, la base de flotación queda completamente sumergida y la edificación queda parcialmente sumergida.
En la condición instalada de la obra, el eje vertical central de la edificación preferentemente coincide con el eje vertical central de la base de flotación.
Por su parte, dichos medios de empuje descendente pueden comprender medios de fijación al fondo marino tales como pilotes hincados en el terreno, micropilotes anclados en el terreno, bulbos de material endurecible anclados en el terreno, o cubos de succión (suction buckets) anclados en el terreno, u otros elementos o combinación de elementos conocidos en la técnica que generan una conexión con el terreno y son capaces de resistir la fuerza ascensional que sobre ellos transmiten los cables de retención. Dichos medios de empuje descendente también pueden comprender medios de fijación al fondo marino tales como sistemas de gravedad basados en el empleo de uno o más elementos masivos dispuestos en el fondo marino capaces de resistir, merced a su propio peso, al menos parte de la fuerza ascensional que sobre ellos aplican los cables de retención. En este caso, al menos uno de dichos elementos masivos puede comprender un cajón de hormigón, esencialmente hueco, cuyo interior en condición instalada queda total o parcialmente relleno de material de lastre, pudiendo ser el material de lastre un material líquido o sólido. Dicho cajón de hormigón puede ser autoflotante y autoestable en condición no lastrada, de forma que pueda transportarse remolcado hasta el emplazamiento y una vez allí lastrarse para sumergirlo hasta que queda apoyado en el fondo marino. Los cables de retención, una vez unidos a dicha base de flotación y a dichos medios de empuje descendente, pueden ser verticales y por lo tanto paralelos entre sí, pero también pueden tener cierta inclinación con respecto a la vertical, para resistir de forma más rígida las posibles fuerzas horizontales a las que se ven sometidos.
La obra de acuerdo con la presente invención puede comprender además unos medios de mantenimiento lateral de la posición que unen la obra flotante con el fondo marino de modo que se evita que ésta quede a la deriva. Tales medios de mantenimiento lateral de la posición pueden comprender al menos una amarra o "mooring" unida por un extremo al fondo marino y por el otro extremo a cualquier elemento de la obra flotante,. La unión de dicha amarra al fondo marino se puede realizar mediante diversos sistemas conocidos en la técnica, como por ejemplo mediante anclas, mediante el sistema conocido como "single point mooring" o mediante simple gravedad en caso de que estén dispuestas una pluralidad de amarras en forma de cadenas de gran tamaño y longitud.
Al menos uno de dichos elementos masivos es susceptible de quedar adosado provisionalmente a la base de flotación. De este modo, al menos uno de dichos elementos masivos adosables puede formar parte de la unidad de transporte y ser transportado conjuntamente con la base de flotación y la edificación, y una vez en el emplazamiento descolgarse de la base de flotación hasta alcanzar su posición para la condición instalada de la obra.
La obra flotante de acuerdo con la presente invención puede comprender medios de recogida provisional de los cables de retención para su transporte enrollado o embobinado, como parte de la unidad de transporte y/o como parte de al menos un elemento masivo. Dichos elementos permiten un eficiente transporte de los cables de retención y, durante el proceso de instalación del cable de retención, permiten que éste se vaya desplegando o desenrollando progresivamente, lo que mejora la eficiencia y simplicidad del proceso de instalación en particular cuando los medios de empuje descendente comprenden elementos masivos que se lastran para su descenso progresivo hasta su posición en la condición instalada de la obra flotante.
Además, la base de flotación de una obra flotante de acuerdo con la presente invención puede comprender al menos un brazo extensor que se proyecta lateralmente hacia fuera desde el perímetro del cuerpo o del conjunto de cuerpos de la base de flotación. En este caso, al menos uno de los cables de retención puede estar unido por su extremo superior a un respectivo brazo extensor, preferiblemente al extremo libre de un respectivo brazo extensor. En este caso, al menos uno de los tirantes puede estar unido por su extremo inferior a un respectivo brazo extensor. También en este caso, al menos uno de dichos tirantes puede estar formado por la prolongación de un respectivo cable de retención, en cuyo caso el brazo extensor comprende, preferiblemente en su extremo libre, un elemento de desviación que permite un quiebro en la alineación del cable de retención y el extremo superior del cable de retención queda unido finalmente a la edificación. También en este caso, los medios de mantenimiento lateral de la posición pueden estar unidos, por un extremo, al fondo marino y, por el otro extremo, a al menos uno de dichos brazos extensores.
La obra flotante de acuerdo con la presente invención puede comprender, bajo la base de flotación, al menos una cámara de gas a presión (por ejemplo aire a presión), que incrementa el volumen de agua desalojado por la base de flotación y por tanto incrementa la fuerza ascendente de flotación que ésta recibe. El recinto que contiene dicha cámara de gas a presión está abierto en su lado inferior de forma que queda conectado con la masa de agua del emplazamiento. Además, se pueden disponer medios de control y regulación del volumen y/o presión del aire contenido en dicha cámara de gas a presión, lo que permite regular el empuje ascendente de flotación que recibe la base de flotación y de ese modo regular la tensión que experimentan los cables de retención, adaptándolo a conveniencia en función, en particular, de las condiciones de viento u oleaje.
Además, en este caso, la obra flotante de acuerdo con la presente invención puede comprender, en la base de flotación, medios de aprovechamiento de la energía de las olas que incluyen al menos una turbina tipo Wells ubicada en un paso de aire a través del lado inferior de la base de flotación que comunica el recinto interior esencialmente estanco de la base de flotación y/o de la edificación con dicha cámara de gas a presión. Incluso, la obra flotante de acuerdo con la presente invención puede comprender un sistema de regulación del tamaño de al menos una cámara de gas a presión, mediante el ajuste del volumen y/o presión del aire que contiene, lo que permite ajustar la frecuencia de resonancia en la dicha cámara de gas a presión a los rangos de periodo predominante del oleaje incidente, incrementando de ese modo las oscilaciones del nivel de agua en dichas cámaras de gas a presión que produce el oleaje y el aprovechamiento de su energía.
Dichas turbinas tipo Wells permiten aprovechar la energía del oleaje mediante el procedimiento conocido como columna de agua oscilante (oscillating water column); el paso de las olas generan ascensos y descensos de la lámina de agua dentro del recinto que contiene la cámara de gas a presión, impulsando de ese modo aire a través del paso entre la cámara de gas bajo la base de flotación y el propio interior de la base de flotación o del fuste. La turbina tipo Wells tiene la capacidad de generar energía aprovechando el flujo de aire por dicho paso en cualquiera de los dos sentidos. Si bien la turbina tipo Wells es la tipología que se prefiere, pueden también emplearse otro tipo de turbinas para el aprovechamiento de la energía de un fluido en movimiento conocidas en la técnica, sin salir por ello del alcance de la presente invención.
Otro objeto de la presente invención se refiere a un procedimiento de instalación de una obra flotante como se describió anteriormente.
El procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención comprende los siguientes pasos en cualquier orden técnicamente posible:
A) fabricar on-shore o in-shore la base de flotación,
B) fabricar en seco los tramos del fuste telescópico, incluyendo al menos un tramo de base y un tramo de cabeza,
C) conformar on-shore o in-shore una unidad de transporte según los siguientes sub-pasos:
C1 ) aplicar el fuste telescópico en condición plegada a la base de flotación, C2) aplicar al menos parte de los medios de aerogenerador al tramo de cabeza,
C3) aplicar a la base de flotación, si los hubiere, los brazos extensores,
C4) aplicar a la base de flotación, si los hubiere, los tirantes,
C5) aplicar a la base de flotación, si los hubiere, los medios de aprovechamiento de la energía del oleaje,
D) transportar de forma autoflotante, ya sea empleando barcos remolcadores ya sea mediante autopropulsión, la unidad de transporte hasta el emplazamiento,
E) aplicar un extremo de los cables de retención a la base de flotación y aplicar el otro extremo de los cables de retención a los medios de empuje descendente,
F) aplicar a la subestructura, si los hubiere, los medios de mantenimiento lateral de la posición,
G) desplegar el fuste telescópico junto con los medios de aerogenerador.
Se prefiere aplicar los medios de aerogenerador (paso C2) antes del paso D) de transporte autoflotado y antes del paso G) de despliegue del fuste telescópico, si bien pueden colocarse en otro momento sin salir por ello del alcance de la presente invención.
El paso E) podrá llevarse a cabo a distintas fases, que además pueden intercalarse con otros pasos del procedimiento de instalación. Así, por ejemplo, los cables de retención pueden fijarse por un extremo a los medios de fijación al fondo marino con antelación y antes del paso D), y fijarse por el otro extremo a la base de flotación después del paso D). Alternativamente, los cables de retención pueden fijarse por un extremo a la base de flotación antes del paso D) y por el otro extremo a los medios de fijación al fondo marino después del paso D) El procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención comprende además, antes del paso D), el paso:
H) colocar la base de flotación en la masa de agua de emplazamiento.
El procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención puede comprender además, después del paso D) y antes de completarse el paso E), el paso:
I) lastrar la base de flotación para sumergirla hasta la cota deseada para la condición instalada, que preferiblemente coincide con la cota en condición instalada del extremo superior de al menos uno de los cables de retención.
Una vez completado el paso E), la base de flotación reducirá su lastre, aumentando así la fuerza de flotación que recibe y por tanto la tensión aplicada sobre los cables de retención.
El procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención puede comprender además, después del paso C) y antes del paso E), el paso:
J1 ) aplicar provisionalmente medios estabilizadores de flotación a la obra flotante;
y entonces el procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención puede comprender además, después del paso E), el paso:
J2) retirar los medios estabilizadores de flotación desde la obra flotante.
Dichos medios estabilizadores de flotación pueden incluir:
- al menos tres flotadores aplicados a la base de flotación, posiblemente por dichos brazos extensores si los hay, en una posición relativa fija, teniendo cada flotador una altura suficiente para permanecer siempre parcialmente emergido a lo largo del paso I) y hasta que se completa el paso E), y/o
- al menos dos flotadores conectados a la base de flotación, posiblemente por dichos brazos extensores si los hay, mediante medios de arriada que se largan conforme la cota de la base de flotación desciende a lo largo del paso I) y/o mediante medios de guiado del conjunto de los flotadores con la edificación, teniendo cada flotador una flotabilidad tal que permanece en superficie a lo largo del paso I), y/o
- al menos dos flotadores conectados a la base de flotación y/o al fuste telescópico mediante elementos de guiado o deslizamiento, tales que permiten que el fuste deslice durante el lastrado y/o descenso de la base de flotación mientras que los flotadores permanecen en superficie, y/o
- al menos una barcaza conectada a la base de flotación, posiblemente por dichos brazos extensores si los hay, mediante medios de arriada que se largan conforme la cota de la base de flotación desciende a lo largo del paso I), teniendo cada barcaza una flotabilidad tal que permanece en superficie a lo largo del paso I), y/o - al menos un barco de apoyo equipado con medios de arriada que unen el barco a la base de flotación, posiblemente por dichos brazos extensores si los hay.
El procedimiento de lastrado controlado de la base de flotación que emplea los medios auxiliares de flotación aquí descritos, es susceptible de emplearse de forma análoga para el proceso de lastrado de plataformas destinadas a apoyar en el fondo marino en condición instalada, de acuerdo con la presente invención.
El procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención puede comprender además, antes del paso E), los pasos:
K1 ) fabricar on-shore o in-shore al menos un cajón de hormigón de los medios de empuje descendente y colocarlo en la masa de agua de emplazamiento,
K2) transportar dicho cajón de hormigón de forma autoflotante, empleando barcos remolcadores, hasta el emplazamiento,
K3) lastrar dicho cajón de hormigón de modo que se incrementa su peso total lo suficiente para contrarrestar las fuerzas ascensionales que puedan transmitir los cables de retención y se sumerge hasta llegar a su cota operativa.
El procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención puede comprender además, antes del paso E), el paso:
M) disponer en la base de flotación medios de tracción de los cables de retención;
y entonces el procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención puede comprender además, en el paso E): accionar dichos medios de tracción de los cables de retención para desplazar verticalmente la base de flotación.
En al menos uno de dichos pasos del procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención pueden emplearse uno o más remolcadores para controlar la posición en planta de la subestructura flotante.
Opcionalmente, el paso G) del procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención se divide en dos o más fases, incluyendo una o más fases después del paso D) y antes del paso E) y una o más fases después del paso E)
Igualmente, el paso D) del procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención se divide preferiblemente en dos o más fases, incluyendo:
- una fase de transporte sin medios de empuje, anterior al paso E), hasta una zona de trabajo diferente del emplazamiento, y
- una fase de transporte con medios de empuje, posterior al paso E), desde dicha zona de trabajo hasta el emplazamiento.
Finalmente, en caso de que el paso C2) incluya la instalación sobre el tramo de cabeza de sólo parte de los medios de aerogenerador, el procedimiento comprende también, después del paso D), el paso:
N) montar sobre el tramo de cabeza la totalidad de los medios de aerogenerador.
Se debe indicar que, mediante una especial tipología de subestructura concebida para posibilitar soluciones de subestructura de soporte de aerogeneradores de gran capacidad, la presente invención permite proporcionar una subestructura repotenciable. Esto es, una subestructura diseñada en origen con capacidad incrementada y adaptabilidad para permitir la repotenciación o repowering (la sustitución futura de un aerogenerador original por otro de mayor potencia, eficiencia y rentabilidad) aprovechando la misma subestructura.
Se debe apreciar que el procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención como se ha descrito anteriormente es reversible. Es decir, los pasos efectuados se pueden desarrollar en sentido inverso para así desmantelar la obra, ya sea para retirarla definitivamente o para efectuar trabajos de cualquier índole sobre ella en puerto y volver a instalarla. Además, cuando la obra flotante es una subestructura flotante para aerogenerador, gracias a la característica telescópica del fuste, éste se puede configurar para poder ser llevado a la condición plegada en cualquier momento de la vida útil de la subestructura, por ejemplo para acciones de mantenimiento o, precisamente, de repotenciación.
La presente invención proporciona por lo tanto una obra flotante y un procedimiento de instalación de la misma que son ventajosos para altas profundidades, que son especialmente aplicables a obras hechas esencialmente de hormigón y que dependen poco o nada de grandes medios marinos para el transporte, manipulación e izado de los elementos de la obra, lo que consiguientemente implica un coste bajo o nulo asociado a tales medios.
La base de flotación de acuerdo con la presente invención se puede entender análoga al bloque de cimiento de una solución de cimentación por gravedad apoyada en el fondo marino. Sin embargo, es posible hacer la base de flotación de la presente invención con una configuración menos compleja si no se produce el lastrado de la misma, pues eso permite evitar montajes de válvula para tal fin. Incluso en caso de lastrarse, las diferencias de presión exterior e interior a las paredes de la base de flotación son inferiores a las que deberían soportarse en caso de un lastrado hasta el fondo. También, la base de flotación de la presente invención requiere una estructura menos voluminosa dado que la eficacia de las cimentaciones por gravedad con relación a la estabilización está muy ligada a su peso y normalmente se afronta haciendo uso de grandes volúmenes que son lastrados abundantemente y que deben ser capaces de soportar la transmisión de importantes fuerzas al terreno. Estas características pueden permitir mantener unos costes relativamente moderados.
En definitiva, la presente invención proporciona una obra flotante y un procedimiento de instalación de la misma para uso aguas adentro, que son ventajosos para altas profundidades, relativamente sencillos, eficaces, seguros y económicos tanto en instalación como en mantenimiento y/o, en caso de subestructuras flotantes para aerogenerador, repotenciación.
Breve descripción de los dibujos
Estas y otras características y ventajas de la presente invención se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente descripción de una realización de la presente invención, dada solamente a modo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:
la figura 1 muestra esquemáticamente una vista en alzado, parcialmente en corte transversal, de una unidad de transporte con un fuste en condición plegada, con medios de aerogenerador;
la figura 2 muestra esquemáticamente una vista en alzado, parcialmente en corte transversal, de una subestructura flotante fijada al fondo marino mediante cables y pilotes, con medios de aerogenerador;
la figura 3 muestra esquemáticamente una vista en alzado, parcialmente en corte transversal, de una subestructura flotante fijada al fondo marino mediante cables y elementos masivos, con brazos extensores, con medios de aerogenerador;
la figura 4 muestra esquemáticamente una vista en alzado, parcialmente en corte transversal, de una subestructura flotante fijada al fondo marino mediante cables y un elemento masivo, con medios de aerogenerador;
la figura 5 muestra esquemáticamente una vista en alzado, parcialmente en corte transversal, de una subestructura flotante fijada al fondo marino mediante cables y pilotes, con brazos extensores y tirantes y con medios de aerogenerador;
la figura 6 muestra esquemáticamente cinco vistas en alzado, parcialmente en corte transversal, que representan respectivas realizaciones que incluyen distintos medios estabilizadores empleados durante el procedimiento de instalación;
la figura 7 muestra esquemáticamente dos vistas en alzado, parcialmente en corte transversal, que representan respectivas fases de realización con medios estabilizadores empleados durante el procedimiento de instalación;
la figura 8 muestra esquemáticamente tres vistas en alzado, parcialmente en corte transversal, de respectivas etapas en un procedimiento de instalación de una subestructura flotante fijada al fondo marino mediante cables y un elemento masivo, con medios de aerogenerador;
la figura 9 muestra esquemáticamente una vista en perspectiva de una subestructura flotante fijada al fondo marino mediante cables y pilotes, con una base de flotación de varios cuerpos, con un fuste no telescópico y medios de aerogenerador; la figura 10 muestra esquemáticamente una vista en perspectiva de una subestructura flotante fijada al fondo marino mediante cables y pilotes , con otra base de flotación de varios cuerpos y con tirantes, con medios de aerogenerador; y
la figura 1 1 muestra esquemáticamente una porción de una subestructura flotante, concretamente una base de flotación que incluye cámara de gas a presión y turbinas de tipo Wells, así como brazos extensores.
Descripción detallada de al menos una realización de la invención
Haciendo referencia a las figuras anexas, en todas ellas se muestra una obra flotante que, en condición instalada, de acuerdo con la presente invención, comprende: una base 2 de flotación, que comprende al menos un cuerpo con un recinto interior 25 esencialmente hueco cuya máxima dimensión horizontal supera su máxima dimensión vertical; una edificación soportada sobre dicha base 2 de flotación; medios de empuje descendente; y al menos tres cables 8 de retención cuyos respectivos extremos superiores quedan unidos a dicha base 2 de flotación y cuyos respectivos extremos inferiores quedan unidos a dichos medios de empuje descendente. Además, en las figuras 1 -8, 10 y 1 1 , la edificación que forma parte de la obra flotante comprende un fuste telescópico 3, siendo los medios 7 de aerogenerador mostrados un accesorio opcional y/o intercambiable con otros accesorios, según la aplicación de la obra flotante, ilustrado simplemente a modo de ejemplo para la explicación de las realizaciones de la invención. En el caso de las figuras 1 a 1 1 , la base 2 de flotación tiene una dimensión suficiente para asegurar la autoflotación estable del conjunto que comprende la propia base 2 de flotación, el fuste telescópico 3 en condición plegada y al menos parte de los medios 7 de aerogenerador dispuestos en la cabeza de dicho fuste.
No obstante, en las figuras 1 , 6 y 7 se representan subestructuras flotantes en las que dichos medios de empuje descendente y dichos cables 8 de retención no se han aplicado para formar la subestructura flotante 1 completa de acuerdo con la invención, porque se ilustran fases del procedimiento de instalación de la subestructura flotante 1 previas a la condición instalada. Concretamente, la figura 1 muestra una unidad 9 de transporte en una fase de transporte de una realización del procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención, en la que una unidad 9 de transporte autoflotante y autoestable, conformada por una base 2 de flotación, un fuste telescópico 3 en condición plegada soportado sobre dicha base 2 de flotación, y unos medios 7 de aerogenerador unidos al tramo 32 de cabeza de dicho fuste telescópico 3, es remolcada por un barco remolcador 28. En la fase de transporte ilustrada en la figura 1 , los medios de empuje descendente y los cables 8 de retención se transportan aparte de dicha unidad 9 de transporte y se aplican posteriormente a la unidad 9 de transporte.
Por su parte, la figura 6 muestra una unidad 9 de transporte en una condición de descenso correspondiente a una realización del procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención, concretamente durante el paso de lastrado de la base 2 de flotación justo antes de aplicar precisamente unos cables 8 de retención conectados por su extremo inferior a unos medios de empuje descendente. La figura 6 muestra cinco vistas que representan respectivas realizaciones de unos medios estabilizadores 27 utilizados en el procedimiento de instalación. Tales medios estabilizadores 27 están destinados a estabilizar la unidad 9 de transporte durante las tareas de aplicación de los medios de empuje descendente y los cables 8 de retención a la unidad 9 de transporte, así como durante las tareas de lastrado y descenso de la base 2 de flotación hasta su cota operativa. Tales medios estabilizadores 27 son opcionales en el procedimiento de instalación y, en cualquier caso, son preferiblemente desmontables y reutilizables de manera que no formen parte de la subestructura flotante 1 en condición instalada.
Más concretamente, en la realización mostrada en la vista 6(a), los medios estabilizadores 27 comprenden tres flotadores sujetos a la base 2 de flotación en una posición relativa fija, teniendo cada flotador una altura suficiente para permanecer siempre parcialmente emergido a lo largo del paso de lastrado y descenso de la subestructura flotante 1 hasta su cota operativa. En esta realización, dos barcos remolcadores 28 estarían conectados a la base 2 de flotación de la subestructura flotante 1 en puntos diametralmente opuestos, para aumentar el control del posicionamiento de la subestructura flotante 1 .
En la realización mostrada en la vista 6(b), los medios estabilizadores 27 comprenden tres flotadores que están conectados entre sí y que comprenden medios 33 de guiado con la torre que mantienen su posición relativa en planta con la base 2 de flotación (en la representación sólo se aprecian dos flotadores por el tipo de vista usado), teniendo cada flotador un carrete motorizado que comprende medios 29 de arriada; en este caso dichos medios 29 de arriada consisten en un cabo unido por su extremo libre a la base 2 de flotación, de manera que dicho carrete motorizado larga cabo a medida que se produce el lastrado y descenso de la subestructura flotante 1 hasta su cota operativa. Dicho cabo está pretensado.
En la realización mostrada en la vista 6(c), los medios estabilizadores 27 comprenden un único flotador que rodea parcialmente el tramo 4 de base, teniendo el flotador una geometría en plana en forma de "U", y comprendiendo medios 31 de tracción, que en este caso consisten en tres carretes motorizados, que comprenden cada uno un cabo unido por su extremo libre a la base 2 de flotación, de manera que cada uno de dichos carretes motorizados larga cabo a medida que se produce el lastrado y descenso de la subestructura flotante 1 hasta su cota operativa.
En la realización mostrada en la vista 6(d), los medios estabilizadores 27 comprenden dos barcazas o embarcaciones que tienen cada una un carrete motorizado que comprende un cabo unido por su extremo libre a la base 2 de flotación (en esta realización, concretamente a un respectivo brazo extensor 19) de manera que dicho carrete motorizado larga cabo a medida que se produce el lastrado y descenso de la subestructura flotante 1 hasta su cota operativa.
Finalmente, en la realización mostrada en la vista 6(e), los medios estabilizadores 27 comprenden tres flotadores (aunque en la vista en corte solo se esquematizan dos) conectados a la base 2 de flotación mediante brazos extensores 39 que en este caso son provisionales, y comprenden también embarcaciones de apoyo 27 dotadas de medios 29 de arriada. En este caso, los flotadores permanecen emergidos durante parte del proceso de lastrado de la base 2 de flotación pero no en las últimas etapas del proceso de lastrado.
Por su parte, la figura 7 muestra una unidad 9 de transporte en una condición de descenso correspondiente a una realización del procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención, concretamente durante el paso de lastrado de la base 2 de flotación justo antes de aplicar precisamente unos cables 8 de retención conectados por su extremo inferior a unos medios de empuje descendente. La figura 5 muestra dos vistas que representan respectivas fases de realización de unos medios estabilizadores 27 utilizados en el procedimiento de instalación. Tales medios estabilizadores 27 están destinados a estabilizar la unidad 9 de transporte durante las tareas de aplicación de los medios de empuje descendente y los cables 8 de retención a la unidad 9 de transporte, así como durante las tareas de lastrado y descenso de la base 2 de flotación hasta su cota operativa. Tales medios estabilizadores 27 son opcionales en el procedimiento de instalación y, en cualquier caso, son preferiblemente desmontables y reutilizables de manera que no formen parte de la subestructura flotante 1 en condición instalada. En la realización mostrada en la vista 7(a), los medios estabilizadores 27 comprenden tres flotadores que están conectados entre sí y que comprenden medios 33 de guiado o deslizamiento, tales que permiten que el fuste deslice durante el lastrado y/o descenso de la base 2 de flotación mientras que los flotadores 27 permanecen en superficie (en la representación sólo se aprecian dos flotadores por el tipo de vista usado). En esta fase de realización la base 2 de flotación se encuentra semi-sumergida durante la operación de transporte.
En la realización mostrada en la vista 7(b), se muestra una fase posterior de realización, donde la base 2 de flotación se encuentra sumergida, mientras que los flotadores 27 permanecen en superficie, de modo que el fuste desliza durante el lastrado y/o descenso de la base 2 de flotación.
Ahora se hará referencia a las figuras 2 a 5, cada una de las cuales muestra una realización distinta de una subestructura flotante 1 de acuerdo con la invención.
La figura 2 representa unos medios 7 de aerogenerador soportados sobre un fuste telescópico 3 desplegado formado por cuatro tramos tubulares, esto es, un tramo 4 de base y tres tramos 5, 32 de superposición, de los que uno es el tramo 32 de cabeza. A su vez, el fuste telescópico 3 reposa por su tramo 4 de base en una base 2 de flotación. En esta realización, el fuste es de tipo semi-emergido y la base 2 de flotación es de tipo sumergido, formando juntos parte de una subestructura flotante 1 para aerogenerador. Desde la zona perimetral de dicha base 2 de flotación parten tres cables 8 de retención (de los cuales solamente dos son visibles debido al tipo de vista usado). Estos cables 8 de retención están unidos, por su extremo opuesto a su extremo unido a la base 2 de flotación, a unos medios de empuje descendente que consisten en medios de fijación al fondo que, en esta realización, son pilotes hincados 12 anclados al lecho marino. Dichos cables se extienden entre la base 2 de flotación y el correspondiente pilote adoptando una cierta inclinación para mejorar su comportamiento frente a las acciones horizontales que pudieran actuar sobre la subestructura flotante 1 . En esta realización, la base 2 de flotación cuenta con distintos compartimentos que pueden lastrarse de manera diferencial lo que permite generar una distribución no uniforme del lastre que contrarreste al menos en parte las acciones externas actuantes, tales como oleaje, corrientes marinas, etc. El material 14 de lastre puede ser un material líquido o un material sólido o una mezcla de ambos.
La figura 3 representa unos medios 7 de aerogenerador soportados sobre un fuste telescópico 3 desplegado formado por cuatro tramos tubulares, esto es, un tramo 4 de base y tres tramos 5, 32 de superposición. A su vez, el fuste telescópico 3 reposa por su tramo 4 de base en una base 2 de flotación. En esta realización, el fuste es de tipo semi-emergido y la base 2 de flotación es de tipo sumergido, formando juntos parte de una subestructura flotante 1 para aerogenerador. Desde la zona perimetral de dicha base 2 de flotación parten tres cables 8 de retención (de los cuales solamente dos son visibles debido al tipo de vista usado). En concreto, en esta realización la base 2 de flotación comprende tres brazos extensores 19 que se extienden lateralmente hacia fuera de dicha base 2 de flotación y desde cada uno de dichos brazos extensores 19 parte un respectivo cable 8 de retención. Estos cables 8 de retención están unidos, por su extremo opuesto a su extremo unido a la base 2 de flotación, a unos medios de empuje descendente que consisten en medios de fijación al fondo que, en esta realización, son elementos masivos asentados en el fondo marino para cada cable, en forma de cajón hueco 34 de hormigón. El interior de los cajones 34 está relleno de material 14 de lastre, mediante lo cual dichos cajones 34 quedan anclados al lecho marino por gravedad. Dichos cables se extienden verticalmente entre la base 2 de flotación y el correspondiente cajón 34. La base 2 de flotación incluye también una cámara 22 de gas a presión explicada con más detalle más adelante. En esta realización, la base 2 de flotación no está lastrada.
En esta realización, los cables pueden estar dispuestos inclinados respecto a la vertical de forma que el extremo inferior de cada uno de los cables esté más alejado del eje vertical central 10 del fuste que el extremo superior del mismo cable, sin por ello salir del alcance de la invención.
La figura 4 representa unos medios 7 de aerogenerador soportados sobre un fuste telescópico 3 desplegado formado por cuatro tramos tubulares, esto es, un tramo 4 de base y tres tramos 5, 32 de superposición. A su vez, el fuste telescópico 3 reposa por su tramo 4 de base en una base 2 de flotación. En esta realización, el fuste es de tipo semi-emergido y la base 2 de flotación es de tipo sumergido, formando juntos parte de una subestructura flotante 1 para aerogenerador. Desde la zona perimetral de dicha base 2 de flotación parten tres cables 8 de retención (de los cuales solamente dos son visibles debido al tipo de vista usado). Estos cables 8 de retención están unidos, por su extremo opuesto a su extremo unido a la base 2 de flotación, a unos medios de empuje descendente que consisten en medios de fijación al fondo que, en esta realización, comprenden un elemento masivo asentado en el fondo marino, en forma de cajón hueco 34 de hormigón común a todos los cables. El interior del cajón común 34 está relleno de material 14 de lastre, mediante lo cual dicho cajón común 34 queda anclado al lecho marino por gravedad. Dichos cables se extienden verticalmente entre la base 2 de flotación y dicho cajón común 34. En esta realización, la base 2 de flotación está lastrada, lo que permite generar una distribución no uniforme del lastre que contrarreste al menos en parte las acciones externas actuantes, tales como oleaje, corrientes marinas, etc. En esta realización, los cables pueden estar dispuestos inclinados respecto a la vertical de forma que el extremo inferior de cada uno de los cables esté más alejado del eje vertical central 10 del fuste que el extremo superior del mismo cable, sin por ello salir del alcance de la invención.
La figura 5 representa unos medios 7 de aerogenerador soportados sobre un fuste telescópico 3 desplegado, formado por dos tramos tubulares, un tramo 4 de base en este caso de hormigón y un tramo 32 de cabeza, en este caso metálico. A su vez, el fuste telescópico 3 reposa por su tramo 4 de base en una base 2 de flotación. En esta realización, el fuste es de tipo emergido y la base 2 de flotación es de tipo semi- sumergido, formando juntos parte de una subestructura flotante 1 para aerogenerador. Desde la zona perimetral de dicha base 2 de flotación parten tres cables 8 de retención (de los cuales solamente dos son visibles debido al tipo de vista usado). En concreto, en esta realización la base 2 de flotación comprende tres brazos extensores 19 que se extienden lateralmente hacia fuera de dicha base 2 de flotación y desde cada uno de dichos brazos extensores 19 parte un respectivo cable 8 de retención. Estos cables 8 de retención están unidos, por su extremo opuesto a su extremo unido a la base 2 de flotación, a unos medios de empuje descendente que consisten en medios de fijación al fondo que, en esta realización, son pilotes hincados 12 anclados al lecho marino. Dichos cables se extienden verticalmente entre la base 2 de flotación y el correspondiente pilote. En esta realización, la base 2 de flotación no está lastrada.
Además, la subestructura flotante 1 incluye tres tirantes 20, cada uno de los cuales parte de un respectivo brazo extensor 19 y está unido por su otro extremo al extremo superior del tramo 4 de base del fuste de la subestructura flotante 1 . De hecho, en esta realización se proporcionan tres torones unidos cada uno de ellos por un extremo a su correspondiente pilote 12 y por el otro extremo al extremo superior del tramo 4 de base del fuste de la subestructura flotante 1 . Cada uno de dichos torones pasa por un elemento 21 de desviación situado en el extremo libre de un respectivo brazo extensor 19, quedando pues dividido cada torón en un segmento inferior que se extiende desde un brazo extensor 19 hasta el correspondiente pilote 12 y un segmento superior que se extiende desde un brazo extensor 19 hasta el extremo superior del tramo 4 de base del fuste de la subestructura flotante 1 . Entonces, cada uno de dichos segmentos inferiores forma cada uno de dichos cables 8 de retención, y cada uno de dichos segmentos superiores forma cada uno de dichos tirantes 20. Dicho elemento 21 de desviación es en esta realización un elemento de plástico con una cara curva que permite que el cable se desvíe adoptando un radio de doblado adecuado.
Haciendo referencia a la figura 8, en ella se muestran fases intermedias del proceso de instalación de la realización de la figura 4; la vista 8(a) muestra una unidad 9 de transporte en una fase de transporte, en la que una unidad 9 de transporte autoflotante y autoestable, conformada por una base 2 de flotación, un fuste telescópico 3 en condición plegada soportado sobre dicha base 2 de flotación, y unos medios 7 de aerogenerador unidos al tramo 32 de cabeza de dicho fuste telescópico 3, es remolcada por un barco remolcador 28. En esta realización, los medios de empuje descendente comprenden medios de fijación al fondo marino consistentes en un elemento masivo adosable destinado a estar asentado en el fondo marino, en forma de cajón hueco 34 de hormigón común a todos los cables, cuya planta coincide sustancialmente con la planta de la base 2 de flotación. En esta fase de transporte, dicho cajón común 34 está adosado en a la superficie plana inferior de dicha unidad 9 de transporte y es transportado conjuntamente con ella. Dicho cajón común 34 se mantiene adosado a la base 2 de flotación en esta fase de transporte mediante los cables 8 de retención o mediante cualquier medio de sujeción conocido que, una vez terminada esta fase de transporte, podrá ser liberado.
De hecho, una vez terminada la fase de transporte ilustrada en la vista 8(a) y previamente a la condición fondeada ilustrada en la vista 8(b), el cajón común 34 se lastra de forma que desciende hasta apoyarse en el fondo marino, al tiempo que se despliegan los cables 8 de retención que unen dicho cajón común 34 con la base 2 de flotación.
La vista 8(b) muestra entonces la unidad 9 de transporte con el elemento masivo adosable en condición fondeada y lastrada, en la que los cables 8 de retención están totalmente largados, el cajón común 34 está asentado en el lecho marino, y la base 2 de flotación está sustancialmente flotando en la superficie del agua.
Tras ello, y antes de la condición instalada ilustrada en la vista 8(c), se emplean medios 31 de tracción de los cables 8 de retención que recogen una cantidad predeterminada de cable, lo que provoca el descenso de la base 2 de flotación hasta su cota operativa debido a que el cajón común 34 lastrado se mantiene anclado al lecho marino en virtud de su peso. Dichos medios 31 de tracción son en este caso gatos de izado (heavy-lift strand jacks) que se operan desde habitáculos accesibles en el interior de la base 2 de flotación.
La vista 8(c) muestra entonces la subestructura flotante 1 de acuerdo con la presente invención en dicha condición instalada, en la que los cables están largados en la medida precisa para que la base 2 de flotación se sitúe en su cota operativa, y el cajón común 34 está asentado en el lecho marino. En este caso, el fuste de la subestructura flotante 1 es de tipo semi-emergido y la base 2 de flotación es de tipo sumergido. Dichos medios 31 de tracción de los cables de se pueden aplicar ya inicialmente a la subestructura flotante 1 y opcionalmente emplearse para largar el cable 8 de retención durante la fase de lastrado del cajón común 34 adosable. Igualmente dichos cables se pueden aplicar ya inicialmente al cajón común 34 e ir recogidos en la fase de transporte mediante medios de recogida de cable 30,
En la realización de acuerdo con la invención de la figura 8, el elemento masivo, adosable o transportado a parte, proporciona la estabilidad necesaria -a través de los cables 8 de retención- durante el proceso de lastrado de la base 2 de flotación, incluso aunque la base 2 de flotación se sumerja por completo. Por ello, el proceso de instalación puede llevarse a cabo sin necesidad de usar medios estabilizadores 27 de flotación.
Las figuras 9 y 10 muestran sendas realizaciones de una subestructura flotante 1 para aerogenerador de acuerdo con la presente invención, en las que la base 2 de flotación está formada por una pluralidad de cuerpos huecos. Concretamente, la figura 9 muestra una realización de una subestructura flotante 1 para aerogenerador de acuerdo con la presente invención en la que la base 2 de flotación está formada por un cuerpo hueco principal y dos cuerpos huecos adicionales, estando todos los cuerpos huecos unidos entre sí mediante armazones de tipo celosía; y la figura 10 muestra una realización de una subestructura flotante 1 para aerogenerador de acuerdo con la presente invención en la que la base 2 de flotación está formada por un cuerpo hueco principal y tres cuerpos huecos adicionales, estando los cuerpos huecos adicionales unidos cada uno al cuerpo hueco principal mediante un armazón de tipo barra, que en este caso está formada igualmente por un cuerpo hueco prismático.
En la realización de la figura 9, el cuerpo hueco principal tiene forma de disco y sostiene sobre él un fuste tubular 40 no telescópico que soporta a su vez los medios 7 de aerogenerador, y los cuerpos huecos adicionales están dispuestos de manera que forman una planta triangular con el cuerpo hueco principal. En esta realización, los cables 8 de retención parten uno de cada cuerpo hueco y están unidos, por su extremo opuesto a su extremo unido a la base 2 de flotación, a unos medios de empuje descendente que consisten en medios de fijación al fondo que, en esta realización, son pilotes hincados 12 anclados al lecho marino
Por su parte, en la realización de la figura 10, el cuerpo hueco principal tiene forma de disco y sostiene sobre él el fuste de la subestructura flotante 1 , y los cuerpos huecos adicionales están dispuestos alrededor de dicho cuerpo hueco principal en posiciones equidistantes entre sí y equidistantes con dicho cuerpo principal. En esta realización, los cables 8 de retención parten uno de cada uno de los cuerpos huecos adicionales y están unidos, por su extremo opuesto a su extremo unido a la base 2 de flotación, a unos medios de empuje descendente que consisten en medios de fijación al fondo que, en esta realización, son pilotes hincados 12 anclados al lecho marino.
La subestructura flotante 1 de esta realización comprende además tres tirantes 20, que parten uno de cada uno de los cuerpos huecos adicionales y se unen al extremo superior del tramo 4 de base del fuste de la subestructura flotante 1 . Preferiblemente, el extremo inferior de un tirante 20 de una obra flotante de acuerdo con la presente invención estará unido a la base 2 de flotación de la obra flotante en una posición próxima o alineada con el punto de unión del extremo superior de uno de los cables 8 de retención a la base 2 de flotación.
En esta realización los tramos del fuste telescópico 3 están formados por dovelas prefabricadas que unidas a través de juntas verticales 38 conforman tramos esencialmente cilindricos del fuste. Igualmente, entre dichos tramos cilindricos se forman juntas horizontales 37 a lo largo del fuste.
Los tramos de la torre formados por dovelas pueden premontarse en seco y/o en muelle para formar tramos completos, y luego procederse a aplicar los tramos completos a la base 2 de flotación, proceso intermedio aplicable igualmente a otro tipo de subestructuras offshore que empleen torres de tipo telescópico como la descrita en la presente invención.
Por último, haciendo referencia a la figura 1 1 , en ella se muestra un detalle de una realización de subestructura flotante 1 de acuerdo con la presente invención, concretamente una base 2 de flotación con brazos extensores 19 que incluye una cámara 22 de gas a presión y turbinas 23 de tipo Wells para el aprovechamiento de la energía del oleaje y que se corresponde con la cámara 22 de gas de la realización de la figura 3.
Más concretamente, la pared perimetral de la base 2 de flotación está prolongada hacia abajo de manera que se forma una cavidad orientada hacia abajo. Esta cavidad contiene inicialmente aire que, al colocar la base 2 de flotación en la masa de agua de emplazamiento, queda atrapado. Además, al sumergir la base 2 de flotación, dicho aire atrapado se comprime, formándose dicha cámara 22 de gas a presión. Alternativa o adicionalmente, se puede introducir aire o cualquier otro gas a presión en dicha cámara 22 de gas a presión. Además la base 2 de flotación está compartimentada. Cada compartimento tiene una abertura en la pared de fondo y, en correspondencia con cada respectiva abertura, una correspondiente turbina 23 de tipo Wells. Además, los compartimentos tienen también una abertura en cada tabique de división entre compartimentos. Los tabiques de división entre compartimentos se también están prolongados hacia abajo de manera que dicha cámara 22 de gas a presión queda igualmente compartimentada. El sistema de generación de energía de una turbina 23 de tipo Wells de la presente invención se basa en la tecnología OWC (columna de agua oscilante, por las siglas de la expresión en inglés "oscillating water column"), en base a los cambios de presión que el oleaje genera en la cámara 22 de aire y que impulsan el aire a través de las turbinas 23 de tipo Wells.
La presencia de turbinas 23 de tipo Wells en las realizaciones de la presente invención para la generación de energía a partir del oleaje en las que la obra flotante es una subestructura flotante 1 para aerogenerador tiene especial sentido al contarse ya con toda la infraestructura destinada a la evacuación de la energía generada por el aerogenerador.
Además, la cámara 22 de gas a presión puede comprender medios de control y regulación del volumen y/o presión del gas contenido en dicha cámara 22 de gas a presión, para regular o ayudar a regular el calado de la subestructura flotante 1 y para ajustar o ayudar a ajustar la frecuencia de resonancia de la cámara 22 de gas para mejorar la eficiencia del sistema de columna de agua oscilante.
Naturalmente, manteniéndose el principio de la presente invención, las realizaciones y los detalles de construcción pueden variar ampliamente con respecto a los descritos e ilustrados puramente a modo de ejemplo no limitativo, sin salir por ello del alcance de la presente invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Por ejemplo, a modo ilustrativo, a la luz de las enseñanzas del presente documento, será evidente para un experto en la técnica que los medios de generador pueden comprender una turbina de tipo up-wind o de tipo down-wind, así como cualquier número de palas, sin estar limitado a tres palas como se ilustra con fines puramente ilustrativos.
Igualmente a modo ilustrativo, aunque a lo largo del presente documento se hace referencia a "cables" para conectar los medios de empuje descendente y la base de flotación, el experto en la técnica entenderá que en lugar de cables pueden ser cadenas, barras, eslingas o similares, sin por ello salir del alcance de la invención.
A modo también ilustrativo, será evidente para un experto en la técnica a la vista de las enseñanzas del presente documento que las extensiones laterales denominadas aquí "brazos" pueden estar acopladas o incluso integradas en una extensión lateral a modo de corona continua o a modo de arcos de corona o en cualquier otro tipo de estructura, sin por ello salir del alcance de la invención. Igualmente, resultará obvio para un experto en la técnica a la vista de las enseñanzas del presente documento que si bien se prefieren formas esencialmente circulares para muchos de los elementos comprendidos en la invención como fustes, cuerpos huecos o cajones, pueden ser posibles otras múltiples geometrías sin salir del alcance de la invención, tales como formas cuadradas o rectangulares, de polígono regular o irregular.
Para la regulación del volumen y/o peso del material de lastre de los elementos masivos se puede usar tecnología conocida, por ejemplo análoga a la que se usa en los submarinos para controlar su profundidad.

Claims

REIVINDICACIONES
1 .- Subestructura flotante para aerogenerador, caracterizada porque comprende:
- una base de flotación, que comprende al menos un cuerpo esencialmente hueco susceptible de ser rellenado selectivamente con lastre, en la que la máxima dimensión horizontal de la base de flotación supera la máxima dimensión vertical de la base de flotación,
- un fuste telescópico soportado sobre dicha base de flotación, que comprende al menos dos tramos, incluyendo un tramo de base y un tramo de cabeza,
- medios de empuje descendente, y
- al menos tres cables de retención, cuyos respectivos extremos superiores quedan unidos a dicha base de flotación, preferiblemente en posiciones perimetrales de la base de flotación, y cuyos respectivos extremos inferiores quedan unidos a dichos medios de empuje descendente, de forma que dichos cables de retención están en tensión y aplican sobre dicha base de flotación una fuerza descendente;
y porque en condición instalada o bien dicho fuste es de tipo semi-emergido y dicha base de flotación es de tipo sumergido, o bien dicho fuste es de tipo emergido y dicha base de flotación es de tipo semi-sumergido.
2.- Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizada porque comprende al menos un tirante cuyo extremo superior queda unido al fuste telescópico y cuyo extremo inferior queda unido a la base de flotación y porque al menos uno de dichos tirantes queda inclinado respecto a la vertical de forma que el extremo inferior del tirante está más alejado del eje vertical central del fuste que el extremo superior del tirante.
3.- Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque al menos uno de dichos tirantes está formado por la prolongación de un respectivo cable de retención, en cuyo caso la base de flotación comprende al menos un elemento de desviación que permite un quiebro en la alineación del cable de retención y el extremo superior del cable de retención queda unido finalmente al fuste; y caracterizada porque dicho elemento de desviación queda más alejado del eje vertical central del fuste que dicho extremo superior del cable de retención.
4.- Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la base de flotación es una estructura que comprende un único cuerpo esencialmente cerrado de tipo cajón.
5. - Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la base de flotación es una estructura que comprende al menos dos cuerpos esencialmente cerrados de tipo cajón, estando dichos cuerpos unidos entre sí directamente o por medio de un armazón.
6. - Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque dicho armazón es de tipo celosía o de tipo barra.
7. - Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizada porque al menos uno de dichos cuerpos esencialmente cerrados de tipo cajón está hecho sustancialmente de hormigón.
8.- Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el eje vertical central del fuste telescópico coincide con el eje vertical central de la base de flotación.
9. - Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicha base de flotación comprende medios de regulación del volumen y/o peso del lastre admitido en el interior de al menos uno de dichos cuerpos esencialmente huecos.
10. - Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizada porque dicho cuerpo esencialmente hueco está dividido en compartimentos y porque dichos medios de regulación comprenden un dispositivo de regulación independiente para al menos uno de dichos compartimentos.
1 1 . - Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dichos medios de empuje descendente comprenden medios de fijación al fondo marino.
12. - Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con la reivindicación 1 1 , caracterizada porque dichos medios de fijación comprenden pilotes hincados en el terreno, micropilotes anclados en el terreno, bulbos de material endurecible anclados en el terreno, o cubos de succión (suction buckets) anclados en el terreno, capaces de resistir la fuerza ascensional que sobre ellos transmiten los cables de retención.
13. - Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con la reivindicación 1 1 , caracterizada porque dichos medios de fijación comprenden al menos un elemento masivo asentado en el fondo marino capaz de resistir, merced a su propio peso, la fuerza ascensional que sobre él aplican los cables de retención.
14. - Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizada porque dicho elemento masivo asentado comprende al menos un cajón de hormigón, esencialmente hueco, susceptible de ser rellenado total o parcialmente de material de lastre.
15. - Subestructura flotante de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizada porque dicho elemento masivo comprende medios de regulación del volumen y/o peso del lastre que contiene.
16. - Subestructura flotante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizada porque al menos uno de dichos elementos masivos es autoflotante en condición no lastrada o en al menos una condición parcialmente lastrada.
17. - Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque al menos uno de dichos elementos masivos es susceptible de quedar adosado provisionalmente a la base de flotación.
18. - Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende medios de recogida provisional de los cables de retención.
19. - Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende al menos un brazo extensor que se proyecta lateralmente hacia fuera desde el perímetro del cuerpo o del conjunto de cuerpos de la base de flotación y porque al menos uno de los cables de retención está unido por su extremo superior a un respectivo brazo extensor.
20.- Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizada porque al menos uno de los tirantes está unido por su extremo inferior a un respectivo brazo extensor.
21 .- Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con la reivindicación
19, caracterizada porque al menos uno de dichos tirantes está formado por la prolongación de un respectivo cable de retención, y porque el brazo extensor comprende un elemento de desviación que permite un quiebro en la alineación del cable de retención y el extremo superior del cable de retención queda unido finalmente al fuste; y caracterizada porque dicho elemento de desviación queda más alejado del eje vertical central del fuste que dicho extremo superior del cable de retención.
22. - Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende, bajo la base de flotación, al menos una cámara de gas a presión contenida en un recinto, y porque dicho recinto está abierto en su lado inferior de forma que queda conectado con la masa de agua de emplazamiento.
23. - Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizada porque comprende medios de control y regulación del volumen y/o presión del gas contenido en dicha cámara de gas a presión.
24. - Subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 22 y 23, caracterizada porque comprende, en la base de flotación, medios de aprovechamiento de la energía de las olas que incluyen al menos una turbina tipo Wells ubicada en un paso de aire a través del lado inferior de la base de flotación que comunica el recinto interior esencialmente estanco de la base de flotación y/o del fuste con dicha cámara de gas a presión.
25.- Procedimiento de instalación de una subestructura flotante para aerogenerador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende los siguientes pasos en cualquier orden técnicamente posible:
a) fabricar on-shore o in-shore la base de flotación,
b) fabricar en seco los tramos del fuste telescópico, incluyendo al menos un tramo de base y un tramo de cabeza, c) conformar on-shore o in-shore una unidad de transporte, flotante y autoestable, que comprende la base de flotación, el fuste telescópico en condición plegada, y al menos parte de unos medios de aerogenerador unidos al tramo de cabeza de dicho fuste telescópico, según los siguientes sub-pasos:
c1 ) disponer el fuste telescópico en condición plegada en la base de flotación, c2) aplicar al menos parte de los medios de aerogenerador al tramo de cabeza, c3) aplicar a la base de flotación, si los hubiere, los brazos extensores, c4) aplicar a la base de flotación, si los hubiere, los tirantes,
c5) aplicar a la base de flotación, si los hubiere, los medios de aprovechamiento de la energía del oleaje,
d) transportar o remolcar de forma autoflotante hasta el emplazamiento dicha unidad de transporte flotante y autoestable, permaneciendo durante el transporte la base de flotación semi-sumergida y el fuste telescópico en condición plegada completamente emergido,
estando el procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención caracterizado también porque comprende, después del paso a) y/o después de la fabricación o construcción de los medios de empuje descendente, y en orden indistinto, los pasos:
e) fijar un extremo de cada uno de los cables de retención a la base de flotación, f) fijar otro extremo de cada uno de los cables de retención a dichos medios de empuje descendente;
estando el procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención caracterizado también porque comprende, antes del paso d), el paso:
g) colocar la base de flotación en la masa de agua de emplazamiento;
estando el procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención caracterizado también porque comprende, después de los pasos e) y f), el paso:
h) aplicar por mediación de los cables de retención una fuerza descendente sobre la base de flotación; siendo generada dicha fuerza por dichos medios de empuje descendente;
estando el procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención caracterizado también porque comprende, después del paso c) y preferiblemente después del inicio del paso h), el paso:
i) desplegar el fuste telescópico junto con los medios de aerogenerador;
estando el procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención caracterizado también porque comprende, después del paso d), el paso:
j) aplicar a la subestructura, si los hubiere, los medios de mantenimiento lateral de la posición; y
estando el procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención caracterizado también porque comprende, antes del paso h), el paso:
k) aplicar al fondo marino, si los hubiere, los medios de fijación al fondo marino.
26.- Procedimiento de instalación de acuerdo con la reivindicación 25, caracterizado porque al menos uno de dichos elementos masivos adosables forma parte de la unidad de transporte y es transportado conjuntamente con la base de flotación y el fuste telescópico, y una vez en el emplazamiento se lastra y se descuelga de la base de flotación hasta alcanzar su peso y su posición para la condición instalada de la subestructura.
27.- Procedimiento de instalación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 26, caracterizado porque comprende además, después del paso c) y antes del paso h), el paso:
m1 ) aplicar provisionalmente medios estabilizadores de flotación a la subestructura flotante;
y porque comprende además, después del paso h) y después del paso I), el paso:
m2) retirar los medios estabilizadores de flotación desde la subestructura flotante.
28.- Procedimiento de instalación de acuerdo con la reivindicación 27, caracterizado porque dichos medios estabilizadores de flotación comprenden:
- al menos tres flotadores aplicados a la base de flotación en una posición relativa fija, teniendo cada flotador una altura suficiente para permanecer siempre parcialmente emergido a lo largo del paso I), y/o
- al menos dos flotadores conectados a la base de flotación mediante medios de arriada que se largan conforme la cota de la base de flotación desciende a lo largo del paso I), teniendo cada flotador una flotabilidad tal que permanece en superficie a lo largo del paso I), y/o
- al menos una barcaza conectada a la base de flotación mediante medios de arriada que se largan conforme la cota de la base de flotación desciende a lo largo del paso I), teniendo cada barcaza una flotabilidad tal que permanece en superficie a lo largo del paso I), y/o
- al menos un barco de apoyo equipado con medios de arriada que unen el barco a la base de flotación.
29. - Procedimiento de instalación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 28, caracterizado porque comprende además, antes del paso h), los pasos:
n1 ) fabricar on-shore o in-shore al menos un cajón de hormigón de los medios de empuje descendente y colocarlo en la masa de agua de emplazamiento,
n2) transportar o remolcar dicho cajón de hormigón de forma autoflotante hasta el emplazamiento,
n3) lastrar dicho cajón de hormigón de modo que se sumerge hasta llegar a su cota operativa;
y caracterizado porque comprende además, después del paso n3), el paso: n4) lastrar dicho cajón de hormigón de modo que se incrementa su peso hasta alcanzar el valor deseado para la condición instalada.
30. - Procedimiento de instalación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 29, caracterizado porque comprende además, antes del paso h), el paso:
o) disponer en la base de flotación medios de tracción de los cables de retención;
y entonces el procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención puede comprender además, en el paso h):
accionar dichos medios de tracción de los cables de retención para desplazar verticalmente la base de flotación.
31 . - Procedimiento de instalación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 30, caracterizado porque en al menos uno de dichos pasos del procedimiento se emplean al menos dos remolcadores para controlar la posición en planta de la subestructura flotante.
32. - Procedimiento de instalación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 31 , caracterizado porque el paso i) del procedimiento de instalación de acuerdo con la presente invención se divide en dos fases:
- una primera fase de despliegue parcial del fuste telescópico después del paso c), y
- una segunda fase de despliegue completo del fuste telescópico después del inicio del paso h).
33. - Procedimiento de instalación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 32, caracterizado porque, en caso de que el paso c2) incluya la instalación sobre el tramo de cabeza de sólo parte de los medios de aerogenerador, el procedimiento comprende también, después del inicio del paso d), el paso:
p) montar sobre el tramo de cabeza la totalidad de los medios de aerogenerador.
34. - Procedimiento de instalación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, en la condición instalada de la subestructura, la base de flotación queda completamente sumergida y el fuste queda parcialmente sumergido.
35. - Aerogenerador que emplea una subestructura flotante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25.
36. - Aerogenerador que emplea una subestructura flotante instalada mediante un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 25 a 33.
37.- Subestructura flotante para aerogenerador, caracterizada porque comprende:
- una base de flotación, que comprende al menos un cuerpo esencialmente hueco susceptible de ser rellenado selectivamente con lastre.
- un fuste telescópico soportado sobre dicha base de flotación, que comprende al menos dos tramos, incluyendo un tramo de base y un tramo de cabeza,
- medios de empuje descendente, y
- al menos tres cables de retención, cuyos respectivos extremos superiores quedan unidos a dicha base de flotación, preferiblemente en posiciones perimetrales de la base de flotación, y cuyos respectivos extremos inferiores quedan unidos a dichos medios de empuje descendente, de forma que dichos cables de retención están en tensión y aplican sobre dicha base de flotación una fuerza descendente;
y porque en condición instalada o bien dicho fuste es de tipo semi-emergido y dicha base de flotación es de tipo sumergido, o bien dicho fuste es de tipo emergido y dicha base de flotación es de tipo semi-sumergido.
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