WO2017194813A1 - Sistema flotante auxiliar para la instalación y/o el transporte de estructuras marinas y procedimiento que comprende dicho sistema - Google Patents

Sistema flotante auxiliar para la instalación y/o el transporte de estructuras marinas y procedimiento que comprende dicho sistema Download PDF

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WO2017194813A1
WO2017194813A1 PCT/ES2017/070306 ES2017070306W WO2017194813A1 WO 2017194813 A1 WO2017194813 A1 WO 2017194813A1 ES 2017070306 W ES2017070306 W ES 2017070306W WO 2017194813 A1 WO2017194813 A1 WO 2017194813A1
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floating
marine structure
auxiliary
floating system
shaft
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PCT/ES2017/070306
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José Salustiano Serna García-Conde
Miguel Ángel FERNÁNDEZ GÓMEZ
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Esteyco Sap
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Publication date
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    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Definitions

  • the present invention relates to an auxiliary floating system for the installation of foundations and / or marine towers, for example for the installation of offshore concrete telescopic wind towers.
  • the main sector of application of the invention is the civil construction industry and, especially, the assembly of towers and / or foundations, in combination with the renewable or green energy industry, more specifically marine wind energy.
  • the invention is of additional application in the transport and / or maintenance operations of marine structures.
  • auxiliary floating structures or vessels In the marine civil construction sector, the use of auxiliary floating structures or vessels is known, in order to carry out the installation and / or transport of heavy and / or bulky offshore structures, as is the case of foundations and The offshore wind towers.
  • the vast majority of these auxiliary structures consist of large barges or ships of special characteristics destined for this type of operations, whose use usually has an extremely high cost along with a very low availability, and can also act only under meteorological conditions Very specific favorable.
  • patent application EP 2597027 A1 describes a system comprising a floating structure and a work boat, where the floating structure comprises a section equipped with a projection, so that it can fit into the fastener that is part of said ship . Once the floating structure is connected to the work boat, installation or maintenance tasks can be performed.
  • the problem of this invention is that, in addition to its high cost of use and the limited availability of a ship of these characteristics, the floating structure is fixed with the fastening means, making installation of it difficult or impossible under certain conditions.
  • Many of the offshore positioning or transport systems of large structures additionally comprise the use of large extendable vertical metal pillars, intended to rest on the seabed during the installation period, such as the systems described in WO patent applications 2008071861 A1 and WO 2009153530 A1, which further elevates the total cost of such positioning or transport.
  • systems such as the one described in patent application GB 2501459 A, especially designed for the transport and installation of marine jacket-like platforms, are also known.
  • these systems are generally applied to non-self-floating structures and, therefore, need the use of two auxiliary elements or structures for their operation, one of them being designed to provide buoyancy to the structure, and the other to improve its stability.
  • the system described in said application comprises a plurality of connection elements (clamps, pre-installed supports, etc.) between the main structure and the auxiliary floating structures, where said connection is made rigidly and fixedly transmitting, consequently, Vertical floating support forces to the main structure, thus contributing to its buoyancy.
  • the application WO 2014073956 A1 describes a structure for the transport and installation of a fully assembled and erected wind tower, comprising mooring means, a housing area and a gate structure.
  • the auxiliary floating structure is connected and fixed to the wind turbine substructure.
  • this solution does not allow relative movement between the auxiliary floating structure and the wind tower, thus hindering the installation operation.
  • this type of structure is especially aimed at the installation and transport of fully assembled wind towers of TLP (or "Leg Platform Tension") typology, making it impossible or enormously difficult to use it in other types of marine structures.
  • the present invention is intended to solve the limitations and disadvantages of known systems of offshore installation and transportation of marine structures, by means of a novel auxiliary floating system for carrying out said operations, together with a procedure associated with said system.
  • the present invention aims to provide a floating auxiliary system for the installation and transportation of marine structures such as foundations and / or wind towers, said marine structures being said provisionally or definitely floating, and where said system allows optimizing the mentioned transport and installation operations.
  • auxiliary floating system for the installation and / or transport of an offshore marine structure, said marine structure being of the type comprising an essentially vertical shaft, wherein said auxiliary floating system comprises:
  • At least one floating element (two, three, or more of said elements may also be used).
  • At least one coupling structure connected to said floating element and configured to engage the marine structure around its shaft.
  • the auxiliary floating system of the invention further comprises one or more guiding elements fixed to said coupling structure that provide one or more sliding contact surfaces with said shaft; where said sliding contact between the guiding elements and the shaft of the marine structure is such that:
  • the guiding elements of the system have a plan arrangement around the shaft, such that the maximum plan angle formed by any pair of said guiding elements and the central axis of the shaft is equal to or lower. to three radians. This improves the efficiency in limiting the relative horizontal movement and relative turns between the auxiliary floating system and the marine structure being installed.
  • the guiding elements have an elevation arrangement made at least two levels located at different height, the difference in elevation between the highest level and the lowest level of said levels being equal to or greater than 1 m.
  • the auxiliary floating system is applied to marine structures whose shaft has a cross section with essentially polygonal geometry. More preferably, in said application at least three of said guide elements are in contact with said shaft in the vicinity of the vertices of said essentially polygonal geometry. This allows the structure of the shaft to resist more effectively the forces that the auxiliary floating system transmits to the shaft, through the guiding elements, during the installation process of the marine structure.
  • the coupling structure comprises at least one ring that completely surrounds the shaft of the marine structure.
  • Said ring may be circular in shape, or have any other closed, curved or polygonal geometry.
  • the guiding elements may preferably be arranged along said ring or rings.
  • both the floating elements included in the auxiliary floating system and the coupling structure can be modular, so that the addition or subtraction of modules allows adjusting their dimensions, making it possible for the auxiliary floating system to be applied to a plurality of marine structures of different characteristics and / or dimensions minimizing additional cost overrun.
  • the coupling structure comprises a support element (which may or may not also serve as a guiding element) on the marine structure (for example, on the tower shaft) and one or more moving elements that close on said structure.
  • the mobile elements comprise all or a part of the closing subsystem, which allows the complete structure to be closed on the marine structure, for example by performing the following steps:
  • the floating system is approached in folded configuration, until the support element contacts the marine structure.
  • One or more position maintenance means is applied (for example, a tugboat or a winch system), so that the contact between the support element and the marine structure is maintained throughout the process of coupling
  • the mobile elements of the coupling structure are moved until it completely surrounds the marine structure.
  • the closing element of the coupling structure is actuated to fix the floating system in its deployed or coupled configuration.
  • the floating elements included in the auxiliary floating system are preferably ballast, so that their draft and / or weight can be varied. This feature allows the auxiliary floating system to be adapted to the needs of the whole. They can also be compartmentalized, which enables differential ballasting of different compartments. In addition, they can also comprise one or more lower gates at the bases of said elements as a means of adjusting their behavior, and in particular the damping and natural frequency of the assembly. A certain level of opening of a gate in the live work of the floating elements allows a controlled passage of water between the interior of said floating elements and the mass of water in which they are located. This allows regulating the buoyancy level of the set, as well as the effective inertia of the flotation planes.
  • the behavior of the assembly can be easily varied. For example, opening the gates more reduces the natural period of balancing of the set, and closing them more increases. This makes it possible to adapt to the conditions of the structure to be transported and / or to the methodic conditions, for a more efficient use of the invention.
  • These gates in the living work of the floating elements are preferably used when the floating element has a watertight compartment inside, so that the gate (s) allow the flow of water only in part of said compartments.
  • the present invention enables a simpler and more efficient coupling and decoupling maneuver between the auxiliary floating system and the marine platform, an aspect of great relevance in its application for offshore wind towers, given the large number of installations to be carried out.
  • the auxiliary floating system comprises two or more floating elements and the coupling structure is an articulated structure, which connects at least two of said floating elements and comprising an opening and / or subsystem. closure to facilitate its placement and / or removal of the marine structure.
  • Said opening and / or closing subsystem can be operated by different elements known in the art, such as extendable hydraulic arms that join different parts of the coupling structure or different floating elements. You can also use cables and / or winches that allow traction on and / or between different parts of the coupling structure or its floating elements. Tug boats can also be used to pull or push different parts of the system to open or close the subsystem.
  • the auxiliary flotation system can adopt both a deployed or closed configuration, with which it can be coupled to the marine structure, as a folded or open configuration, with which it can be coupled and / or decouple from the marine structure.
  • the auxiliary floating system object of the present invention can be transported and / or coupled in said folded or open configuration once the marine structure has already been installed in its final location, which facilitates operations to be said smaller or more compact configuration.
  • the floating elements included in said system may comprise one or more defenses, to prevent impacts between them during transport in folded configuration.
  • At least one floating element comprises a submersible hydrodynamic damping plate, said plate being essentially horizontal and flat.
  • These plates also sometimes known as “heave plates”, allow generating a hydrodynamic brake that limits and dampens the movements of the assembly formed by the marine structure and the auxiliary flotation system. They can also serve to conveniently adjust the natural periods of the system, by mobilizing added mass of water, in order to avoid or reduce the possible dynamic amplifications linked to the proximity of said natural periods to the periods of the acting swell.
  • the auxiliary floating system comprises lifting means suitable for transporting equipment and / or personnel from or to the marine structure.
  • Such means may comprise cranes of any type, lifting platforms, winches, elevators, forklifts and other lifting systems known in the art.
  • Such means can be used, for example, to recover equipment located on the marine structure and used during its installation.
  • said means can be used for maintenance and / or service operations of the installed marine structure itself or of other equipment it houses, such as a wind turbine. Therefore, in said preferred embodiment, the auxiliary floating system is not only used as an auxiliary means for the installation of the marine structure, but can also be used as an auxiliary means for maintenance operations of said marine structure and / or of the equipment that can accommodate throughout its useful life.
  • Said lifting means are preferably operated when the auxiliary flotation system is coupled to the shaft and the marine structure is already supported on the seabed, so that the movements of the system are limited, which facilitates the operation. Additionally, the lifting means can provide the important advantage of avoiding the need for large and expensive means or marine lifting vessels.
  • Another object of the present invention relates to a procedure of installation and / or transport of marine structures, which eliminates the need for the use of large ships for the transport and / or installation of foundations and / or offshore wind towers, decreasing so very important the high costs that these procedures suppose, and providing some auxiliary structures of smaller dimensions that at the same time allow a greater operability of the whole.
  • Said object is preferably carried out by means of a procedure for the installation and / or transport of an offshore marine structure, said marine structure being of the type that It comprises an essentially vertical shaft, comprising the use of an auxiliary floating system according to any of the embodiments described herein, and where at least the following steps are performed, in any technically possible order:
  • the auxiliary floating system is arranged around the marine structure
  • the assembly formed by the auxiliary floating system and the marine structure is transported to its final offshore location;
  • the method further comprises partially anchoring the marine structure before the transport of the assembly formed by the auxiliary floating system and the marine structure to its final offshore location has been completed.
  • the method is applied to a marine telescopic tower structure and further comprises partially or totally lifting said telescopic tower.
  • the step of installing the auxiliary floating system around the marine structure is carried out in port (it can also be performed in a bay, estuary or any inshore area near the coast that offers a greater level of protection than that of the open or offshore sea).
  • the auxiliary floating system has a modular folding structure where, after removing the auxiliary floating system from the marine structure, said auxiliary floating system is arranged in a folded configuration.
  • the marine structure is self-stable in incomplete situation, while the complete marine structure is only self-stable together with the auxiliary flotation system itself.
  • the invention allows eliminating the dependence on the costly use of specific anchoring boats for the installation of marine structures, thus overcoming the bottleneck that they imply and achieving greater ease, economy and freedom of operation in the transport and installation of the whole.
  • system and method described in the present invention adequately increase the stability of the assembly during installation processes but allow, unlike the inventions of the prior art described above, the free vertical sliding of the foundation and / or tower wind power compared to the auxiliary floating system, facilitating its installation and allowing its ballasting and anchoring, maintaining and / or increasing the stability of the assembly until its complete installation.
  • Figure 1 illustrates a general view of the auxiliary floating system together with a marine structure to be installed in provisional situation.
  • Figures 2a-2h show different embodiments of the auxiliary floating system of the invention and different stages of its unfolding / folding procedure.
  • Figures 3a-3d represent different views of an embodiment of the opening and closing subsystem of the system of the invention.
  • Figure 4 represents an embodiment of the system of the invention, applied a telescopic wind tower.
  • Figure 5 illustrates an embodiment of the invention with the partially anchored wind tower and with a section of tower raised.
  • Figure 6 shows a stage of the installation procedure with the auxiliary floating system using a tugboat.
  • Figure 7 represents an embodiment of the invention with a wind tower with at least one polygonal section.
  • Figures 8a-8e illustrates a procedure for the installation of foundations and / or offshore wind towers according to the present invention.
  • Figure 9 shows a possible embodiment of a floating element comprised in the auxiliary floating system object of the present invention.
  • Figure 10 shows different aspects of the arrangement of the guiding elements of the coupling structure, around a tower shaft, where the maximum plan angle formed by a contiguous pair of said guiding elements and the central axis is shown. of the shaft.
  • Figure 11 shows a two-level configuration of the guiding elements of the coupling structure, indicating their height difference between the highest level and the lowest level, as well as the draft and freeboard of the floating elements.
  • Figure 12 shows a preferred embodiment of the invention especially indicated for maintenance operations of a marine structure, where the auxiliary floating system comprises a single floating element.
  • FIG. 1 illustrates a general profile view of the auxiliary floating system (1) of the invention, together with a marine structure (2), which in this case comprises a foundation (3) and a tower or shaft (4).
  • the auxiliary floating system (1) comprises at least one floating element (5) (specifically, in the example of Figure 1, two of said elements (5) are shown).
  • the auxiliary floating system (1) is coupled to the marine structure (2) during its installation, foundation, anchoring or transportation.
  • a provisional phase of the installation process of the marine structure (2) is shown in which it is afloat and partially submerged below sea level (6).
  • the floating elements (5) of the system (1) are connected to a coupling structure (7) that, preferably, is intended to surround the marine structure (2), being arranged around the shaft (4) so that the points or regions of contact with the coupling structure (7) serve as a stabilization guide to the marine structure (2), helping it maintain its verticality during the aforementioned operations.
  • the coupling structure (7) forms a closing ring (8) (see, for example, in the view shown in Figure 2a, or Figure 2h) around the shaft (4), which can be circular, or have any other closed, curved or polygonal geometry.
  • the system of the invention is equipped with guiding elements (9), at least one, fixed to said coupling structure (7) and which can be arranged, preferably, along the closing ring (8).
  • the guiding elements are in free sliding contact with the shaft (4) and, advantageously, allow the relative vertical movement between said shaft (4) and the auxiliary floating system (1).
  • the coupling structure (7) provides a physical stop against the variations in the vertical position of the marine structure (2), limiting the possible inclinations that it suffers (for example, due to wind, waves, etc.
  • the guiding elements (9) prevent and / or limit other relative movements between the auxiliary floating system (1) and the shaft (4), whether of relative horizontal movement (this being preferably equal to or less than 1 m), the relative rotation in rolling and / or pitching (preferably equal to or less than 10 degrees), and the relative rotation in yaw (preferably less than 20 degrees).
  • the marine structure (2) comprises a foundation platform (3), and a shaft (4) of lower plan dimension than said foundation.
  • the foundation (3) is preferably semi-submerged and the shaft (4) is fully emerged.
  • the floating elements (5) also semi-submerged, are positioned at a sufficient distance from the shaft of the shaft (4), so as not to trip over the foundation (3) while remaining semi-submerged.
  • the coupling structure (7) is thus connected to the floating elements (5), remains emerged, and flies above the semi-submerged foundation (3), which thus does not interfere with the coupling of the auxiliary floating system (1) with the shaft
  • the auxiliary floating system (1) contributes to the stability of the marine structure (2), but does not contribute to its buoyancy since, as explained, the relative vertical movement between the system (1) and the structure (2) is released, and therefore the system (1) does not transmit any vertical force to the structure (2) that contributes significantly to its buoyancy. Therefore, said marine structure (2) will be mainly a self-floating or positive buoyancy structure, that is, it does not depend to have said positive buoyancy of the vertical forces that the auxiliary floating system (1) can apply to it. In other words, in the absence of the floating system (1), the floating marine structure (2) would see its stability reduced, but would not experience relevant changes in its draft. Therefore, unlike other prior art solutions, the present invention does not require a vertical direction connection between the auxiliary means and the marine structure to be installed, which provides a great operational advantage.
  • fixing means to prevent or limit the relative vertical movement between the marine structure (2) and the guiding elements (9), such as rigid bars , cables of variable or fixed length, or other connection and / or fixing means known in the art.
  • these fixing means are preferably of a provisional type and their use is limited, in any case, to only some or some phases of the installation process, such as the towed transport of the assembly formed by said marine structure (2) and the system (1).
  • Figures 2a-2e show a top view of different positions of the coupling structure (7), in a preferred embodiment of an auxiliary floating system (1) according to the present invention.
  • a configuration is shown based on three floating elements (5) connected to the coupling structure (7), and a plurality of guiding elements (9) fixed to the coupling structure (7) that form a perimeter of stabilization to accommodate and engage the marine structure (2) (shown in figures 2f-2h), surrounding the shaft (4) of said structure (2).
  • the coupling structure (7) also acts as a solidarity structure between the different floating elements (5).
  • the coupling structure (7) is formed by a metal lattice structure, as shown in Figures 2a-2h.
  • said coupling structure (7) comprises an opening and / or closing subsystem (10) to facilitate its placement and / or removal of the marine structure (2) and, optionally, one or more actuators (1 1) for the folding and / or deployment of the system (1), intended to apply the necessary forces between the different floating elements (5) of the system (1), to move from a folded configuration to a deployed one (that is , in its coupling position with the marine structure (2)) and / or vice versa.
  • Said actuators (1 1) may or may not be remotely operated.
  • the actuators (11) comprise hydraulic telescopic cylinders, capable of exerting force upon lengthening and shortening.
  • said actuators (1 1) may comprise different types of means known in the art, such as mechanical, pneumatic or hydraulic actuators, traction ends actuated by ends, "winches", or the like.
  • the coupling structure (7) is preferably modular or adjustable, in order to adapt to marine structures (2) and / or shafts (4) of different dimensions and / or characteristics.
  • a module can be added or removed to the lattice arms of the coupling structure (7) to adjust its length and, therefore, its distance to the shaft (4).
  • the position and / or dimension of the guiding elements (9) can be changed or regulated, so that the same auxiliary floating system (1) can be used for the installation of marine structures (2) with shafts (4) ) of different diameter, or with shafts (4) of variable diameter.
  • Figure 2a shows the auxiliary floating system (1) in its extended, deployed and closed configuration, as it would act during the transport and / or installation of the marine structure (2) (see, for example, in Figures 2f -2h).
  • Figures 2b-2d show different steps of the folding procedure of said auxiliary floating system (1), where an articulated coupling structure (7) is shown, which allows adopting a folded configuration that allows its coupling and decoupling of the fuste (4) facilitates its transport and / or collection when it is not in operation.
  • Figure 2e shows the auxiliary floating system (1) in its folded configuration, which can for example be used for transport to the port after the installation of said marine structure (2).
  • the floating elements (5) may also comprise a plurality of defenses (12) that are used to prevent impacts between said elements (5) during transport and / or in their folded configuration.
  • the coupling structure (7) can be modular and / or adjustable allows the system to adapt to foundations (3) and / or spindles (4) of different dimensions or characteristics, thus assuming an advantage of additional application over other prior art systems.
  • the auxiliary floating system (1) comprises three floating elements (5)
  • the coupling structure (7) comprises three lattice arms, each attached at one end to each floating element (5).
  • three modules or subsets are formed, each formed by a floating element (5) and an arm of the coupling structure (7), which are joined together.
  • each arm and floating element assembly (5) is self-balancing, that is, each of the subsets can float independently keeping the lattice arm essentially horizontal.
  • the floating element (5) can have an eccentric upper slab, and / or an eccentric ballast as a counterweight, so that the eccentricity of the lattice is compensated. Thanks to the above, when the auxiliary floating system (1) is opened or closed to engage or disengage from the marine structure (2), the coupling structure (7) remains essentially in the same horizontal plane.
  • Figures 2f-2h show different phases of the process of coupling the system (1) of the invention to a marine structure (2) comprising a shaft (4) and a foundation (3).
  • the modular coupling structure (7) comprises a support element (13) on the tower shaft (4), and one or more mobile elements (14) that are closed on said shaft (4).
  • the mobile elements (14) comprise a part or all the components of the closing subsystem (10) which allows the complete coupling structure (7) to be closed on the marine structure (2), for example, performing the following steps:
  • the floating system (1) is approached in folded configuration, until the support element (13) contacts the marine structure (2) ( Figure 2f).
  • One or more position maintenance means (for example, a tugboat or a winch system) is applied, so that the contact between the support element (13) and the marine structure (2) is maintained throughout the coupling process.
  • a tugboat or a winch system for example, a tugboat or a winch system
  • the closing subsystem (10) of the coupling structure is actuated to fix the auxiliary floating system (1) in its deployed or coupled configuration (Figure 2h).
  • the opening and / or closing subsystem (10) may comprise one or more articulations (15) that allow an essentially vertical axis rotation of a floating element (5) of the structure coupling (7) with respect to another floating element (5).
  • the arrangement of floating elements (5) according to the embodiment shown in Figures 2a-2h also has the advantage that said elements (5) do not overlap, in their distribution in plan, with the distribution in plan of the marine structure (2) when the opening and / or closing subsystem (10) is closed on said marine structure (2).
  • the planar position of the foundation (3) of the marine structure (2) does not coincide with the corresponding position of the floating elements (5), regardless of the floating position that said foundation (3) occupy.
  • This provides great flexibility to the floating system (1) to adequately adapt to the different phases of the transport, installation or maintenance operations of the marine structure (2), which generally occur at different levels of funding (and which include, for example, both an emerging position of the foundation (3) of the marine structure (2) and a submerged position thereof.
  • the opening and / or closing subsystem (10) of the auxiliary floating system (1) has at least two cooperating elements (16, 17) of closing, optionally equipped with a plurality of fitting guides (18, 18 ', 18 ") intended to facilitate proper orientation of the floating elements (5) of the coupling structure (7) during the closing operation of the floating system (1) on the marine structure (2).
  • the fitting guides (18, 18 ', 18 ") are advantageous for adapting the position of the coupling structure (7) in the presence of disturbances due to unevenness over the sea level (6) (for example, due to the presence of waves).
  • the fitting guides (18, 18 ', 18 ") are adapted to provide orientation both on the surface (for example, by means of pointing wedges (18) shown in Figures 3a-3d), and on height (for example , by means of pointed teeth (18 ', 18 ") for the connection of the cooperating elements (15, 16) of closing, or by means of guiding arms (19) to propitiate the alignment of the terminal modules of the coupling structure (7) comprising said elements (15, 16)).
  • opening / closing subsystem (10) one or more additional closing means, such as pin connections (20), screwed approach joints (21) or other such means such as magnets, electromechanical closures, etc. They are also usable in the scope of the invention.
  • the auxiliary floating system (1) may additionally comprise at least one longitudinal element fixed at one of its ends to the marine structure (2) and at the other end to said auxiliary floating system (1), the length of which is said longitudinal element adjustable so that said connection can be maintained while the marine structure (2) descends sinking, and varying its relative position with respect to the auxiliary floating system
  • Figure 4 represents a preferred embodiment where the marine structure (2) to be installed comprises a telescopic type marine wind tower formed by different telescopic modules (22, 22 ', 22 ") of circular plan. said embodiment it can be seen that the foundation (3) is semi-submerged during transport and that the shaft (4) acts as the base module or section of said telescopic wind tower.
  • Figure 5 illustrates part of the procedure for the installation of the foundation (3) of said tower shaft (4), said foundation (3) being of gravity and / or provisional or definitely floating, where said shaft (4) is essentially vertical and can be part of both the foundation itself (3) and the wind tower located on it, and which uses the auxiliary floating system (1) of the invention.
  • the aforementioned procedure comprises, as shown in Figure 4, the partial anchoring of the marine structure (2), in order to improve the conditions of its transport.
  • said method may additionally comprise the step of partially or totally lifting the telescopic tower.
  • Figure 6 shows another stage of the procedure for the installation of foundations (3) and / or offshore wind towers, where one or more tugboats (23) are used that pull the auxiliary floating system (1) during transport of the assembly to its location final, and / or during the anchorage of the marine structure (2) until its final situation.
  • This figure also shows that the marine structure (2) is partially anchored during transport and the telescopic tower is partially hoisted.
  • FIG. 7 represents another preferred embodiment of the invention, where the marine structure
  • the coupling structure (7) is formed by a lattice, and comprises two rings (8) that surround the shaft (4) at two different heights, coinciding with the lower part and the upper part of said lattice.
  • the guiding elements (9) are distributed on the perimeter of both rings (8), thereby placing themselves on two different levels or levels and improving the efficiency of the system to limit the relative inclinations between the system (1) and the shaft ( 4), while reducing the fundamentally horizontal forces that are transmitted to each other through the guiding elements (9).
  • Figures 8a-8e illustrate a procedure for the installation of foundations (3) and / or shafts (4) of offshore wind towers using an auxiliary floating system (1) according to the present invention.
  • it is a foundation (3) of gravity that is installed on the seabed in an installed condition.
  • Figure 8a shows the marine structure assembly (2) together with the auxiliary floating system (1) already installed on it.
  • Figure 8b represents another step of said procedure, specifically the step of transporting the assembly of said marine structure (2) and the auxiliary floating system (1) to its final location, using one or more tugs (23).
  • other similar driving or pushing means are equally usable.
  • FIG 8c illustrates another phase of the installation procedure for foundations (100) and / or shafts (4) of offshore wind towers, specifically the step of anchoring the marine structure (2) to its final location on the seabed (24).
  • the marine structure (2) comprises several compartments (25) that are part of its foundation (3), in which a differential control of its filling is carried out to facilitate the control of the inclinations of the assembly.
  • three or more tugs are used (not shown in Figure 8c) that act on the system (1) to maintain the planar position of the assembly.
  • Figure 8d shows another stage of the procedure, where the foundation (3) of the marine structure (2) already rests on the seabed (24).
  • Figure 8e represents the marine structure (2) in its final situation, and decoupled from the system of the invention.
  • said marine structure (2) comprises a telescopic tower (22, 22 ', 22 ") that has already been fully hoisted.
  • the figure also shows how the floating system (1) of the invention is located separated from the marine structure (2) and arranged in a folded configuration to facilitate its transport
  • the articulable and modular capacity of the system (1) of the invention allows its adaptation to multiple types of marine structures (2), making that is recoverable and / or reusable for subsequent installations or transports
  • the auxiliary flotation system (1) remains semi-submerged and afloat essentially at the same surface level, while the marine structure (2) varies its height as it sinks to rest on the seabed (24), there being a relatively free relative vertical movement between both bodies utoflotantes.
  • the shaft (4) is of constant diameter, which facilitates the guiding operation, and its length is such that its upper part emerges in an installed condition, so that the dimension of the coronation of said shaft (4) is higher than the dimension in which at least part of the guiding elements (9) included in the system (1) are located.
  • FIG. 9 of this document shows a specific possible embodiment of the floating element (5) of the auxiliary system (1) of the invention.
  • said floating element (5) comprises hydrodynamic damping plates (26), for example of the "heave p ⁇ ate” type, to reduce and dampen unwanted movements.
  • the aforementioned floating elements (5) of the system (1) can be latrable, to provide a means of additional control of their buoyancy and, with it, also of the stability of the marine structure (2).
  • the floating element (5) may comprise one or more lower gates (26 ') for ballast adjustment at the base of said floating element (5), located in its live work (the part of the floating body that is submerged , in contact with water) to allow and / or control the flow of water between the interior of said floating element (5) and the mass of water in which it floats, as a means of adjusting its behavior, damping and natural frequency of the set.
  • Said gates (26 ') are preferably adjustable and / or remote operated.
  • the opening of the regulating gates (26 ') allows to establish the level of filling and / or water inlet / outlet of the floating elements (5) of the system, which in practice is equivalent to regulating its effective flotation area. With this it is also possible to control, indirectly, what will be the period of oscillation of said floating elements (5) and / or of the assembly that form with the marine structure (2), in the different stages of transport, installation operations o maintenance of the marine structure (2).
  • the procedures associated with the aforementioned operations can optionally include a first stage in which at least one of said gates is fully or partially open, which is equivalent to reducing the effective area of the floating element (5) that the it comprises, and a second stage in which said gate (26 ') closes with respect to the position of the first stage, which is equivalent to increasing the effective area of the floating element (5).
  • the regulating gates (26 ') can be used to regulate the level of ballast of the floating element (5).
  • the regulating gates (26 ') will be totally or partially open in those phases in which the foundation (3) is in an emergent position.
  • the floating element (5) can be manufactured using different materials known in the art, preferably concrete and / or metallic materials. Mixed type construction can also be used, manufacturing a lower part of concrete, and the rest of the floating element (5) of steel. Precast concrete techniques similar to those commonly used for the construction of prefabricated tanks can also be used.
  • the configuration of the floating elements (5) can also be modular, in order to adjust their overall size.
  • the pieces or modules that can be used to form said floating elements (5) can take various forms, it being preferable that their dimensions be containerizable (not exceeding those of a standard container) to facilitate transport and reuse. These modules can be joined together to form a floating element (5) both in plan and height.
  • the assembly formed by the floating element (5) and the coupling structure (7) to the marine structure (2) is hydrodynamically self-stable, so that the mass distribution of said floating elements (5) and of the coupling structure (7), and its corresponding flotation center, is such that the floating elements (5) are balanced in an upright position when the opening and / or closing subsystem (10) is open (that is, with the system (1) decoupled from the marine structure (2)).
  • this implies that the set of elements on each side of the joints (15) will adopt, even when the subsystem (10) is open, a position with draft, pitch and warpage essentially equal to those of the closed subsystem (10) .
  • Figures 10 and 1 1 show different aspects thereof that are provided for illustrative purposes.
  • Figure 10 shows how the guiding elements (9) have a plan arrangement around the shaft (4) such that the maximum angle (a) in plan formed by any contiguous pair of said guiding elements (9) and the axis The center of the shaft (4) is equal to or less than three radians.
  • Figure 11 shows guiding elements (9) whose elevation arrangement is made at least two levels, the difference in elevation between the highest level (27) and the lowest level (28) of said levels equal to or greater than 1 m.
  • Figure 12 shows an embodiment of the invention based on a single floating element (5), connected to a coupling structure (7) intended to be fixed to the marine structure (2). Said embodiment of the system is especially indicated in maintenance operations of said structure (2), in which for example it is not necessary to transport it.
  • the aforementioned maintenance operations will typically comprise the transport of the auxiliary floating system (1) to the location of the marine structure (2), and its fixation to it by means of the operation of the opening subsystem / closure (10) of the coupling structure (7).
  • the floating element (5) and / or the coupling structure (7) may be equipped with auxiliary means of operation or maintenance, such as for example a lifting crane, suitable for moving equipment to / from the marine structure (2) from / to the floating system itself (1) or from / to an auxiliary vessel.
  • land cranes can be used, cheaper than marine cranes, which is possible thanks to the fact that the coupling of the floating system (1) to the marine structure (2) limits the movements of the first one and facilitates the operation of the crane, even for work at high heights, as happens for example in wind turbine maintenance operations.

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Abstract

La invención se refiere a un sistema flotante auxiliar (1) para la instalación, transporte o mantenimiento de una estructura marina (2), comprendiendo dicha estructura (2) al menos un fuste (4) esencialmente vertical, donde dicho sistema flotante auxiliar (1) comprende: al menos un elemento flotante (5) que permanece semisumergido a la largo del proceso de instalación de dicha estructura marina (2); al menos una estructura de acoplamiento (7) conectada a dicho elemento flotante (5); y elementos de guiado (9) fijados a dicha estructura de acoplamiento (7) y en contacto deslizante con el fuste (4). Ventajosamente, dicho contacto deslizante entre el sistema flotante auxiliar (1) y el fuste (4) es tal que se permite un movimiento relativo esencialmente vertical entre dicho sistema flotante auxiliar (1) y dicho fuste (4), de modo que a lo largo del proceso de instalación de dicha estructura marina (2), ésta desciende hundiéndose mientras que el sistema flotante auxiliar (1) se mantiene esencialmente a la misma cota en superficie.

Description

DESCRIPCIÓN
SISTEMA FLOTANTE AUXILIAR PARA LA INSTALACIÓN Y/O EL TRANSPORTE DE ESTRUCTURAS MARINAS Y PROCEDIMIENTO QUE COMPRENDE DICHO SISTEMA
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema flotante auxiliar para la instalación de cimentaciones y/o torres marinas, por ejemplo para la instalación de torres eólicas telescópicas de hormigón mar adentro (u "offshore"). El principal sector de aplicación de la invención es la industria de la construcción civil y, especialmente, el montaje de torres y/o cimentaciones, en combinación con la industria de las energías renovables o verdes, más concretamente la energía eólica marina. La invención es de aplicación adicional en el transporte y/o en operaciones de mantenimiento de estructuras marinas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En el sector de la construcción civil marina es conocido el uso de estructuras o embarcaciones flotantes auxiliares, con el fin de realizar la instalación y/o el transporte de estructuras pesadas y/o voluminosas mar adentro, como es el caso de las cimentaciones y de las torres eólicas marinas. La gran mayoría de dichas estructuras auxiliares consisten en grandes barcazas o barcos de características especiales destinados a este tipo de operaciones, cuyo uso posee, por lo general, un coste extremadamente elevado junto con una disponibilidad muy escasa, pudiendo además actuar únicamente bajo unas condiciones meteorológicas favorables muy específicas.
Como ejemplo, la solicitud de patente EP 2597027 A1 describe un sistema que comprende una estructura flotante y un barco de trabajo, donde la estructura flotante comprende una sección equipada con un saliente, de manera que puede encajar en la sujeción que forma parte de dicho barco. Una vez conectada la estructura flotante con el barco de trabajo, se pueden realizar las tareas de instalación o mantenimiento. El problema de esta invención es que, además de su alto coste de uso y la disponibilidad limitada de un barco de estas características, la estructura flotante queda fija con los medios de sujeción, dificultando o imposibilitando en ciertas condiciones la instalación de la misma.
Asimismo, es conocida la existencia de diferentes tipos de barcazas con un espacio destinado a albergar la estructura marina, más concretamente la torre eólica marina a transportar y/o instalar. La mayoría de ellas tienen forma de "U", o consisten en dos estructuras paralelas unidas por vigas metálicas fijas, como por ejemplo la descrita en la solicitud de patente WO 2010028762 A1. Estas soluciones siguen teniendo el problema principal de sus grandes dimensiones y el consiguiente coste elevado de las estructuras auxiliares de flotación, junto con la necesidad de un diseño específico para cada una de ellas en función del tipo de torre eólica, como sucede por ejemplo en la barcaza descrita en el documento EP 2905217 A1. Además, este tipo de soluciones están en general asociadas a elementos de elevación o conexión vertical mediante los cuales el elemento flotante auxiliar soporta al menos parte del peso de la estructura auxiliar. Este tipo de elementos, junto con los correspondientes procesos de conexión y desconexión, reducen la eficacia y economía de dichas soluciones.
Muchos de los sistemas de posicionamiento o transporte offshore de grandes estructuras comprenden, adicionalmente, el uso de grandes pilares metálicos verticales extensibles, destinados a apoyarse en el lecho marino durante el periodo de instalación, como por ejemplo los sistemas descritos en las solicitudes de patente WO 2008071861 A1 y WO 2009153530 A1 , lo que eleva aún más el coste total de dicho posicionamiento o transporte.
Por su parte, son también conocidos los sistemas como el descrito en la solicitud de patente GB 2501459 A, especialmente ideado para el transporte e instalación de plataformas marinas de tipo "jacket". Sin embargo, dichos sistemas se aplican en general a estructuras no autoflotantes y, por tanto, necesitan el empleo de dos elementos o estructuras auxiliares para su funcionamiento, estando una de ellas destinada a proporcionar flotabilidad a la estructura, y la otra a mejorar su estabilidad. Asimismo, el sistema descrito en la citada solicitud comprende una pluralidad de elementos de conexión (abrazaderas, soportes preinstalados, etc.) entre la estructura principal y las estructuras auxiliares flotantes, donde dicha conexión se realiza de forma rígida y fija transmitiendo, en consecuencia, fuerzas verticales de soporte flotante a la estructura principal, contribuyendo así a su flotabilidad. Si bien este planteamiento resulta necesario para el transporte e instalación de estructuras no flotantes (como es el caso de GB 2501459 A), resulta inconveniente para la instalación de estructuras autoflotantes, dado que impone la desinstalación o retirada parcial del sistema flotante previamente al fondeo de la estructura principal. Ello añade complejidad y etapas adicionales a los procedimientos de instalación, con el correspondiente impacto en tiempos de trabajo y mantenimiento, así como en los costes asociados.
Finalmente, la solicitud WO 2014073956 A1 describe una estructura para el transporte e instalación de una torre eólica totalmente montada y erigida, que comprende unos medios de amarre, un área de alojamiento y una estructura de compuerta. En este caso, la estructura flotante auxiliar está conectada y fijada a la subestructura del aerogenerador. Así pues, aunque el conjunto completo puede moverse en sentido vertical para la instalación y sujeción del aerogenerador en su posición definitiva, esta solución no permite el movimiento relativo entre la estructura flotante auxiliar y la torre eólica, dificultando así la operación de instalación. Adicionalmente, este tipo de estructuras está especialmente dirigido a la instalación y transporte de torres eólicas totalmente ensambladas de tipología TLP (o "Tensión Leg Platform"), imposibilitando o dificultando enormemente el uso de ella en otras tipologías de estructuras marinas.
La presente invención está destinada a solventar las limitaciones y desventajas de los sistemas conocidos de instalación y transporte offshore estructuras marinas, mediante un novedoso sistema flotante auxiliar para la realización de dichas operaciones, junto con un procedimiento asociado a dicho sistema.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN Para resolver los inconvenientes del estado de la técnica anteriormente descritos, la presente invención tiene por objeto proporcionar un sistema flotante auxiliar para la instalación y el transporte de estructuras marinas tales como cimentaciones y/o torres eólicas, siendo dichas estructuras marinas provisional o definitivamente flotantes, y donde dicho sistema permita optimizar las citadas operaciones de transporte e instalación.
Dicho objeto de la invención se realiza, preferentemente, mediante un sistema flotante auxiliar para la instalación y/o el transporte de una estructura marina mar adentro, siendo dicha estructura marina del tipo que comprende un fuste esencialmente vertical, donde dicho sistema flotante auxiliar comprende:
- Al menos, un elemento flotante (pudiendo emplearse también dos, tres, o más de dichos elementos).
- Al menos, una estructura de acoplamiento conectada a dicho elemento flotante y configurada para acoplarse a la estructura marina alrededor de su fuste.
Ventajosamente, el sistema flotante auxiliar de la invención comprende, adicionalmente, uno o más elementos de guiado fijados a dicha estructura de acoplamiento que proporcionan una o más superficies de contacto deslizante con dicho fuste; donde dicho contacto deslizante entre los elementos de guiado y el fuste de la estructura marina es tal que:
- permite un movimiento relativo esencialmente vertical libre entre dicho sistema flotante auxiliar y el fuste de modo que, si la estructura marina desciende hundiéndose, el sistema flotante auxiliar se mantiene esencialmente a la misma cota flotante en superficie; y
- limita y/o impide otros movimientos relativos entre el sistema flotante auxiliar y el fuste, tanto en movimiento horizontal relativo como de giro relativo en balanceo, cabeceo o guiñada. El contacto deslizante entre el/los tramo(s) de base de la cimentación y/o fuste de la estructura marina y los elementos de guiado fijados a la estructura de acoplamiento resultan claves en el sistema de la invención. Esta característica, que difiere de las soluciones actuales conocidas, permite el movimiento relativo vertical entre la estructura marina y el sistema de flotación auxiliar, de modo que se facilita la instalación de la estructura en su posición definitiva. De este modo, una vez se ha transportado el conjunto hasta la ubicación final, la estructura se puede fondear mediante el lastrado de la misma, sin necesidad de realizar trabajos de conexión y desconexión entre el sistema flotante auxiliar y la propia estructura, simplificando enormemente los trabajos a realizar aguas adentro. Asimismo, se evita el uso de grandes buques de fondeo, reduciendo en gran medida el coste de la instalación y eliminando el cuello de botella que suponen.
En una realización preferente de la invención, los elementos de guiado del sistema poseen una disposición en planta en torno al fuste, tal que el máximo ángulo en planta formado por cualquier pareja de dichos elementos de guiado y el eje central del fuste es igual o inferior a tres radianes. Ello mejora la eficacia en la limitación del movimiento horizontal relativo y giros relativos entre el sistema flotante auxiliar y la estructura marina que se está instalando.
En otra realización preferente de la invención, los elementos de guiado poseen una disposición en alzado realizada en al menos dos niveles situados a distinta altura, siendo la diferencia de cota entre el nivel más alto y el nivel más bajo de dichos niveles igual o superior a 1 m. De ese modo se mejora la capacidad del sistema flotante auxiliar para limitar en particular los giros relativos de balanceo o cabeceo, y se reduce la magnitud de las fuerzas que deben transmitirse entre ambas estructuras a tal efecto.
En otra realización preferente de la invención, el sistema flotante auxiliar se aplica a estructuras marinas cuyo fuste posee una sección transversal con geometría esencialmente poligonal. Más preferentemente, en dicha aplicación al menos tres de dichos elementos de guiado se encuentran en contacto con dicho fuste en las proximidades de los vértices de dicha geometría esencialmente poligonal. Ello permite que la estructura del fuste resista con mayor eficacia las fuerzas que el sistema flotante auxiliar transmite al fuste, a través de los elementos guiadores, durante el proceso de instalación de la estructura marina.
En otra realización preferente de la invención, la estructura de acoplamiento comprende al menos un anillo que rodea por completo el fuste de la estructura marina. Dicho anillo puede ser de forma circular, o tener cualquier otra geometría cerrada, curva o poligonal. Los elementos de guiado pueden disponerse preferentemente a lo largo de dicho anillo o anillos. Alternativa o complementariamente, tanto los elementos flotantes comprendidos en el sistema flotante auxiliar como la estructura de acoplamiento pueden ser modulares, de modo que el añadido o sustracción de módulos permita ajusfar sus dimensiones, haciendo posible que el sistema flotante auxiliar pueda aplicarse a una pluralidad de estructuras marinas de distintas características y/o dimensiones minimizando el sobrecoste adicional.
Preferentemente, la estructura de acoplamiento comprende un elemento de apoyo (que puede o no servir también de elemento de guiado) sobre la estructura marina (por ejemplo, sobre el fuste de torre) y uno o más elementos móviles que se cierran sobre dicha estructura. Para ello, los elementos móviles comprenden la totalidad o una parte del subsistema de cierre, que permite cerrar la estructura completa sobre la estructura marina, realizándose por ejemplo los siguientes pasos:
Se aproxima el sistema flotante en configuración plegada, hasta que el elemento de apoyo contacta con la estructura marina.
Se aplica uno o más medios de mantenimiento de la posición (por ejemplo, un remolcador o un sistema de cabos o "winches"), de modo que el contacto entre el elemento de apoyo y la estructura marina se mantiene a lo largo del proceso de acoplamiento.
Se desplazan los elementos móviles de la estructura de acoplamiento hasta que la misma rodea completamente la estructura marina.
Se actúa sobre el elemento de cierre de la estructura a acoplamiento, para fijar el sistema flotante en su configuración desplegada o acoplada.
Los elementos flotantes comprendidos en el sistema flotante auxiliar son preferentemente lastrables, de modo que se pueda variar su calado y/o peso. Esta característica permite adaptar el sistema flotante auxiliar a las necesidades del conjunto. También pueden estar compartimentados, lo que posibilita un lastrado diferencial de distintos compartimentos. Además, también pueden comprender una o más compuertas inferiores en las bases de dichos elementos como medio de ajuste de su comportamiento, y en particular del amortiguamiento y frecuencia natural del conjunto. Un cierto nivel de apertura de una compuerta en la obra viva de los elementos flotantes permite un paso controlado de agua entre el interior de dichos elementos flotantes y la masa de agua en la que se ubican. Ello permite regular el nivel de flotabilidad del conjunto, así como las inercias efectivas de los planos de flotación. De ese modo, ajusfando el nivel de apertura de dichas compuertas, se puede variar fácilmente el comportamiento del conjunto. Por ejemplo, abriendo más las compuertas se reduce el periodo natural de balanceo del conjunto, y cerrándolas más se incrementa. Ello permite adaptarse a las condiciones de la estructura a transportar y/o a las condiciones metoceánicas, para un uso más eficaz de la invención. Dichas compuertas en la obra viva de los elementos flotantes se emplean preferentemente cuando el elemento flotante cuenta con compartimento estancos en su interior, de forma que la o las compuertas permiten el flujo de agua sólo en parte de dichos compartimentos. La presente invención posibilita una más sencilla y eficaz maniobra de acoplamiento y desacoplamiento entre el sistema flotante auxiliar y la plataforma marina, aspecto de gran relevancia en su aplicación para torres eólicas marinas, dado el gran número de instalaciones a llevar a cabo. Para ello, en otra realización preferente de la invención, el sistema flotante auxiliar comprende dos o más elementos flotantes y la estructura de acoplamiento es una estructura articulada, que conecta al menos dos de dichos elementos flotantes y que comprende un subsistema de apertura y/o cierre para facilitar su colocación y/o retirada de la estructura marina.
Dicho subsistema de apertura y/o cierre puede actuarse mediante distintos elementos conocidos en la técnica, tales como brazos hidráulicos extensibles que unen distintas partes de la estructura de acoplamiento o distintos elementos flotantes. También pueden emplearse cables y/o cabestrantes que permiten ejercer tracción en y/o entre distintas partes de la estructura de acoplamiento o a sus elementos flotantes. También pueden emplearse barcos remolcadores para tirar o empujar de distintas partes del sistema para abrir o cerrar el subsistema.
Gracias a dicho subsistema de apertura y/o cierre, el sistema auxiliar de flotación puede adoptar tanto una configuración desplegada o cerrada, con la que puede quedar acoplado a la estructura marina, como una configuración plegada o abierta, con la que se puede acoplar y/o desacoplar de la estructura marina. A diferencia de otras estructuras auxiliares, el sistema flotante auxiliar objeto de la presente invención se puede transportar y/o acoplar en dicha configuración plegada o abierta una vez la estructura marina ya ha sido instalada en su ubicación definitiva, lo que facilita las operaciones al ser dicha configuración más pequeña o compacta. En este sentido, los elementos flotantes comprendidos en dicho sistema pueden comprender una o más defensas, para prevenir impactos entre ellos durante el transporte en configuración plegada.
En otra realización preferente de la invención, al menos un elemento flotante comprende una placa de amortiguamiento hidrodinámico sumergible, siendo dicha placa esencialmente horizontal y plana. Dichas placas, también conocidas en ocasiones como "heave plates", permiten generar un freno hidrodinámico que limita y amortigua los movimientos del conjunto formado por la estructura marina y el sistema auxiliar de flotación. Además pueden servir para ajusfar convenientemente los periodos naturales del sistema, al movilizar masa añadida de agua, a efectos de evitar o reducir las posibles amplificaciones dinámicas ligadas a la proximidad de dichos periodos naturales a los periodos del oleaje actuante.
En otra realización preferente de la invención, los elementos flotantes comprenden un calado y un francobordo igual o superior a una longitud dada (H), cuyo valor cumple esencialmente la relación H=R sin(a'), siendo (R) la distancia desde el centro de cada elemento flotante al eje longitudinal del fuste, y siendo (α') el máximo ángulo de inclinación de la cimentación de la estructura marina admitido o previsto durante su instalación y/o transporte. De ese modo se asegura que, a lo largo del proceso de instalación de la estructura marina, ningún elemento flotante se sumerja por completo o emerja por completo.
En otra realización preferente de la invención, el sistema flotante auxiliar comprende medios de elevación aptos para el transporte de equipos y/o personal desde o hasta la estructura marina. Dichos medios pueden comprender grúas de cualquier tipo, plataformas elevadoras, cabrestantes, ascensores, montacargas y u otros sistemas de elevación conocidos en la técnica. Dichos medios pueden emplearse, por ejemplo, para recuperar equipos situados sobre la estructura marina y empleados durante su instalación. Igualmente, dichos medios pueden emplearse para operaciones de mantenimiento y/o servicio de la propia estructura marina instalada o de otros equipos que albergue, como por ejemplo un aerogenerador. Por tanto, en dicha realización preferente, el sistema flotante auxiliar no solo se emplea como medio auxiliar para la instalación de la estructura marina, sino que también puede emplearse como medio auxiliar para operaciones de mantenimiento de dicha estructura marina y/o de los equipos que pueda albergar a lo largo de su vida útil. Dichos medios de elevación se operan preferentemente cuando el sistema auxiliar de flotación está acoplado al fuste y la estructura marina está ya apoyada sobre el fondo marino, de modo que se limitan los movimientos del sistema lo que facilita la operativa. Adicionalmente, los medios de elevación pueden aportar la importante ventaja de evitar la necesidad de grandes y costosos medios o embarcaciones de elevación marina. Otro objeto de la presente invención se refiere a un procedimiento de instalación y/o transporte de estructuras marinas, que elimine la necesidad de uso de grandes buques para el transporte y/o la instalación de cimentaciones y/o torres eólicas marinas, disminuyendo de manera muy importante los elevados costes que suponen estos procedimientos, y proporcionando unas estructuras auxiliares de menores dimensiones que a la vez permitan una mayor operatividad del conjunto.
Dicho objeto se realiza, preferentemente, mediante un procedimiento para la instalación y/o el transporte de una estructura marina mar adentro, siendo dicha estructura marina del tipo que comprende un fuste esencialmente vertical, que comprende el uso de un sistema flotante auxiliar según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento, y donde se realizan, al menos, los siguientes pasos, en cualquier orden técnicamente posible:
- se dispone el sistema flotante auxiliar alrededor de la estructura marina;
- opcionalmente, se transporta el conjunto formado por el sistema flotante auxiliar y la estructura marina hasta su ubicación final mar adentro;
- se fondea la estructura marina hasta su profundidad definitiva; y
- se retira el sistema flotante auxiliar de la estructura marina. En una realización preferente de la invención, el procedimiento comprende, adicionalmente, fondear parcialmente la estructura marina antes de haberse completado el transporte del conjunto formado por el sistema flotante auxiliar y la estructura marina hasta su ubicación final mar adentro. En otra realización preferente de la invención, el procedimiento se aplica a una estructura marina de torre telescópica y comprende, adicionalmente, izar parcial o totalmente dicha torre telescópica.
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, el paso de instalar el sistema flotante auxiliar alrededor de la estructura marina se realiza en puerto (pudiéndose realizar, asimismo, en una bahía, estuario o cualquier zona inshore próxima a la costa que ofrezca un mayor nivel de resguardo que el del mar abierto u offshore).
En otra realización preferente del procedimiento de la invención, el sistema flotante auxiliar posee una estructura modular plegable donde, tras retirar el sistema flotante auxiliar de la estructura marina, se dispone dicho sistema flotante auxiliar en una configuración plegada.
En otra realización preferente de la invención, la estructura marina es autoestable en situación incompleta, mientras que la estructura marina completa sólo es autoestable junto con el propio sistema auxiliar de flotación.
Finalmente, y a modo de ejemplo, otros objetos de la presente invención se refieren, de forma no limitativa, a cimentaciones eólicas, torres eólicas o aerogeneradores instalados o transportados mediante un procedimiento según las realizaciones aquí descritas.
Tal y como se ha mencionado previamente en párrafos anteriores, la invención permite eliminar la dependencia del uso costoso de barcos de fondeo específicos para la instalación de las estructuras marinas, superando así el cuello de botella que implican y logrando una mayor facilidad, economía y libertad de operación en el transporte e instalación del conjunto.
Además, el sistema y el procedimiento descritos en la presente invención incrementan adecuadamente la estabilidad del conjunto durante los procesos de instalación pero permiten, a diferencia de las invenciones del estado de la técnica descritas anteriormente, el deslizamiento vertical libre de la cimentación y/o torre eólica frente al sistema flotante auxiliar, facilitando su instalación y permitiendo su lastrado y fondeo, manteniendo y/o aumentando la estabilidad del conjunto hasta su completa instalación.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Las anteriores y otras características y ventajas se comprenderán más plenamente a partir de la descripción detallada de la invención, así como de los ejemplos de realización preferente referidos a los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 ilustra una vista general del sistema flotante auxiliar junto con una estructura marina a instalar en situación provisional. - Las Figuras 2a-2h muestran diferentes realizaciones del sistema flotante auxiliar de la invención y diferentes etapas de su procedimiento de despliegue/plegado.
Las Figuras 3a-3d representan diferentes vistas de una realización del subsistema de apertura y cierre del sistema de la invención.
La Figura 4 representa una realización del sistema de la invención, aplicado una torre eólica telescópica.
La Figura 5 ilustra una realización de la invención con la torre eólica parcialmente fondeada y con un tramo de torre izado.
La Figura 6 muestra una etapa del procedimiento de instalación con el sistema flotante auxiliar mediante un remolcador. - La Figura 7 representa una realización de la invención con una torre eólica con al menos un tramo poligonal. Las Figuras 8a-8e ilustra un procedimiento para la instalación de cimentaciones y/o torres eólicas marinas según la presente invención.
La Figura 9 muestra una posible realización de un elemento flotante comprendido en el sistema flotante auxiliar objeto de la presente invención.
La Figura 10 muestra diferentes aspectos de la disposición de los elementos de guiado de la estructura de acoplamiento, en torno a un fuste de torre, donde se muestra el máximo ángulo en planta formado por una pareja contigua de dichos elementos de guiado y el eje central del fuste.
La Figura 11 muestra una configuración en dos niveles de altura de los elementos de guiado de la estructura de acoplamiento, indicando su diferencia de cota entre el nivel más alto y el nivel más bajo, así como el calado y el francobordo de los elementos flotantes.
La Figura 12 muestra una realización preferente de la invención especialmente indicada para operaciones de mantenimiento de una estructura marina, donde el sistema flotante auxiliar comprende un único elemento flotante.
Listado de referencias numéricas de las figuras:
(1) Sistema flotante auxiliar.
(2) Estructura marina
(3) Cimentación.
(4) Fuste.
(5) Elementos flotantes.
(6) Nivel del mar.
(7) Estructura de acoplamiento.
(8) Anillo de cierre de la estructura de acoplamiento.
(9) Elementos de guiado.
(10) Subsistema de apertura y cierre.
(1 1) Actuadores de pliegue o despliegue del sistema.
(12) Defensas.
(13) Elemento de apoyo.
(14) Elementos móviles de cierre.
(15) Articulaciones.
(16, 17) Elementos cooperantes de cierre. (18, 18', 18") Guías de encaje
(19) Brazos de guiado.
(20) Pasadores
(21) Uniones atornilladas de aproximación.
(22, 22', 22") Módulos telescópicos.
(23) Remolcador.
(24) Lecho marino.
(25) Compartimentos.
(26) Placas de amortiguamiento hidrodinámico.
(26') Compuertas de regulación de lastrado de los
elementos flotantes.
(27) Nivel superior de disposición de elementos de
guiado.
(28) Nivel inferior de disposición de elementos de
guiado.
(29) Calado.
(30) Francobordo.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se expone, a continuación, una descripción detallada de la invención referida a diferentes realizaciones preferentes de la misma, basadas en las Figuras 1-12 del presente documento. Dicha descripción se aporta con fines ilustrativos, pero no limitativos, de la invención reivindicada. La Figura 1 ilustra una vista general de perfil del sistema flotante auxiliar (1) de la invención, junto con una estructura marina (2), que en este caso comprende una cimentación (3) y una torre o fuste (4). En esta realización, el sistema flotante auxiliar (1) comprende al menos un elemento flotante (5) (concretamente, en el ejemplo de la Figura 1 , se muestran dos de dichos elementos (5)). El sistema flotante auxiliar (1) se acopla a la estructura marina (2) durante la instalación, cimentación, fondeo o transporte de la misma. En la realización mostrada, se representa una fase provisional del proceso de instalación de la estructura marina (2) en la que ésta se encuentra a flote y parcialmente sumergida por debajo del nivel del mar (6).
Los elementos flotantes (5) del sistema (1) se encuentran conectados a una estructura de acoplamiento (7) que, preferentemente, está destinada a rodear la estructura marina (2), disponiéndose alrededor del fuste (4) de forma que los puntos o regiones de contacto con la estructura de acoplamiento (7) sirvan de guía de estabilización a la estructura marina (2), ayudando a la misma a mantener su verticalidad durante las operaciones mencionadas. Preferentemente la estructura de acoplamiento (7) conforma un anillo (8) de cierre (ver, por ejemplo, en la vista mostrada en la Figura 2a, o Figura 2h) alrededor del fuste (4), que puede ser de forma circular, o tener cualquier otra geometría cerrada, curva o poligonal.
Con relación a los puntos o regiones de contacto entre la estructura de acoplamiento (7) y la estructura marina (2), el sistema de la invención está equipado con elementos de guiado (9), al menos uno, fijados a dicha estructura de acoplamiento (7) y que pueden disponerse, preferentemente, a lo largo del anillo (8) de cierre. Los elementos de guiado están en contacto deslizante libre con el fuste (4) y, ventajosamente, permiten el movimiento relativo vertical entre dicho fuste (4) y el sistema flotante auxiliar (1). De este modo, la estructura de acoplamiento (7) proporciona un tope físico frente a las variaciones en la posición de verticalidad de la estructura marina (2), limitando las posibles inclinaciones que ésta sufra (por ejemplo, debidas al viento, oleaje, etc.) y ayudando a dicha estructura (2) a mantener su estabilidad, pero mediante contactos deslizantes que permiten su desplazamiento libre a lo largo de un eje sustancialmente vertical, lo que supone una ventaja fundamental en las operaciones de fondeo o lastrado de la estructura marina (2) cuando ésta se encuentra en su emplazamiento final. El citado desplazamiento libre de la estructura marina (2) puede realizarse por deslizamiento, por rodadura, con orugas, o cualquier técnica conocida que permita un movimiento relativo independiente y suficientemente libre entre los elementos de guiado (9) por la superficie del fuste (4).
Los elementos de guiado (9) impiden y/o limitan otros movimientos relativos entre el sistema flotante auxiliar (1) y el fuste (4), ya sean de movimiento horizontal relativo (siendo éste, preferentemente, igual o inferior a 1 m), el giro relativo en balanceo y/o cabeceo (preferentemente igual o inferior a 10 grados), y el giro relativo en guiñada (preferentemente inferior a 20 grados). Como se ha descrito, en la realización de la Figura 1 , la estructura marina (2) comprende una plataforma de cimentación (3), y un fuste (4) de dimensión en planta inferior a la de dicha cimentación. En la situación provisional de transporte remolcado, la cimentación (3) se encuentra preferentemente semisumergida y el fuste (4) se encuentra totalmente emergido. Los elementos flotantes (5), también semisumergidos, se posicionan a una distancia suficiente del eje del fuste (4), para no tropezar con la cimentación (3) mientras permanezca semisumergida. La estructura de acoplamiento (7) queda, así, conectada a los elementos flotantes (5), permanece emergida, y vuela por encima de la cimentación (3) semisumergida, que de ese modo no interfiere en el acoplamiento del sistema flotante auxiliar (1) con el fuste
En la realización de la Figura 1 se aprecia que el sistema flotante auxiliar (1) contribuye a la estabilidad de la estructura marina (2), pero no contribuye a su flotabilidad puesto que, como se ha explicado, el movimiento vertical relativo entre el sistema (1) y la estructura (2) queda liberado, y por tanto el sistema (1) no transmite ninguna fuerza vertical a la estructura (2) que contribuya de forma relevante a su flotabilidad. Por tanto, dicha estructura marina (2) será principalmente una estructura autoflotante o de flotabilidad positiva, esto es, que no depende para tener dicha flotabilidad positiva de las fuerzas verticales que pueda aplicarle el sistema flotante auxiliar (1). Dicho de otro modo, en ausencia del sistema flotante (1), la estructura marina (2) flotante vería reducida su estabilidad, pero no experimentaría cambios relevantes en su calado a flote. Por ello, a diferencia de otras soluciones de la técnica anterior, la presente invención no requiere una conexión en dirección vertical entre el medio auxiliar y la estructura marina a instalar, lo que proporciona una gran ventaja operativa.
De modo opcional, es posible también emplear, en el sistema (1) de la invención, medios de fijación para impedir o limitar el movimiento vertical relativo entre la estructura marina (2) y los elementos de guiado (9), tales como barras rígidas, cables de longitud variable o fija, u otros medios de conexión y/o fijación conocidos en la técnica. Sin embargo, estos medios de fijación son de tipo preferentemente provisional y su uso se limita, en todo caso, a sólo alguna o algunas fases del proceso de instalación, como por ejemplo el transporte remolcado del conjunto formado por dicha estructura marina (2) y el sistema (1). Las Figuras 2a-2e muestran una vista superior de diferentes posiciones de la estructura de acoplamiento (7), en una realización preferente de un sistema flotante auxiliar (1) según la presente invención. En dicha realización, se muestra una configuración basada en tres elementos flotantes (5) conectados a la estructura de acoplamiento (7), y una pluralidad de elementos de guiado (9) fijados a la estructura de acoplamiento (7) que conforman un perímetro de estabilización para alojar y acoplarse a la estructura marina (2) (mostrada en las figuras 2f-2h), rodeando el fuste (4) de dicha estructura (2).
La estructura de acoplamiento (7) según esta realización preferente actúa también como estructura de solidarización entre los distintos elementos flotantes (5). A modo de ejemplo, y sin que ello suponga una limitación de la invención, la estructura de acoplamiento (7) está formada por una estructura metálica en celosía, tal y como se representa en las Figuras 2a-2h. Además, dicha estructura de acoplamiento (7) comprende un subsistema (10) de apertura y/o cierre para facilitar su colocación y/o retirada de la estructura marina (2) y, opcionalmente, uno o más actuadores (1 1) para el plegado y/o desplegado del sistema (1), destinados a aplicar las fuerzas necesarias entre los diferentes elementos flotantes (5) del sistema (1), para pasar de una configuración plegada a una desplegada (esto es, en su posición de acoplamiento con la estructura marina (2)) y/o viceversa. Dichos actuadores (1 1) pueden o no ser de accionamiento remoto. En la realización preferente de las Figuras 2a-2e, los actuadores (11) comprenden cilindros telescópicos hidráulicos, capacitados para ejercer fuerza al alargarse y acortarse. Alternativamente, dichos actuadores (1 1) pueden comprender distintos tipos de medios conocidos en la técnica, tales como actuadores mecánicos, neumáticos o hidráulicos, cabos de tracción actuados mediante cabos, "winches", o similares.
Como se ha mencionado, la estructura de acoplamiento (7) es preferentemente modular o ajustable, para poder adaptarse a estructuras marinas (2) y/o fustes (4) de distintas dimensiones y/o características. Por ejemplo, a los brazos de la celosía de las estructura de acoplamiento (7) se les puede añadir o quitar un módulo para ajusfar su longitud y, por tanto, su distancia al fuste (4). Alternativa o complementariamente, la posición y/o dimensión de los elementos de guiado (9) se puede cambiar o regular, de modo que el mismo sistema flotante auxiliar (1) puede emplearse para la instalación de estructuras marinas (2) con fustes (4) de distinto diámetro, o con fustes (4) de diámetro variable.
En la Figura 2a se observa el sistema flotante auxiliar (1) en su configuración extendida, desplegada y cerrada, tal y como actuaría durante el transporte y/o instalación de la estructura marina (2) (ver, por ejemplo, en las Figuras 2f-2h). Por su parte, las Figuras 2b-2d muestran diferentes pasos del procedimiento de plegado de dicho sistema flotante auxiliar (1), donde se muestra una estructura de acoplamiento (7) articulada, que permite adoptar una configuración plegada que permite su acoplamiento y desacoplamiento del fuste (4) facilita su transporte y/o acopio cuando no se encuentra en operación. Adicionalmente, la Figura 2e muestra el sistema flotante auxiliar (1) en su configuración plegada, que puede por ejemplo emplearse para su transporte hasta el puerto una vez finalizada la instalación de dicha estructura marina (2). De forma complementaria, para esta u otras realizaciones preferentes de la invención, los elementos flotantes (5) pueden comprender también una pluralidad de defensas (12) que se utilizan para prevenir impactos entre dichos elementos (5) durante el transporte y/o en su configuración plegada.
Como se aprecia en las Figuras 2a-2e, la opción de que la estructura de acoplamiento (7) pueda ser modular y/o ajustable permite al sistema adaptarse a cimentaciones (3) y/o fustes (4) de distintas dimensiones o características, suponiendo así una ventaja de aplicación adicional frente a otros sistemas del estado de la técnica. En este ejemplo, el sistema flotante auxiliar (1) comprende tres elementos flotantes (5), y la estructura de acoplamiento (7) comprende tres brazos de celosía, unidos cada uno en un extremo a cada elemento flotante (5). De ese modo, se conforman tres módulos o subconjuntos, cada uno formado por un elemento flotante (5) y un brazo de la estructura de acoplamiento (7), que se unen entre sí. Preferentemente, cada conjunto de brazo y elemento flotante (5) está autoequilibrado, es decir, que cada uno de los subconjuntos puede flotar de forma independiente manteniendo el brazo de la celosía en posición esencialmente horizontal. Para ello, el elemento flotante (5) puede contar con una losa superior excéntrica, y/o un lastre excéntrico a modo de contrapeso, de forma que se compensa la excentricidad de la celosía. Gracias a lo anterior, cuando el sistema flotante auxiliar (1) se abre o se cierra para acoplarse o desacoplarse de la estructura marina (2), la estructura de acoplamiento (7) se mantiene esencialmente en el mismo plano horizontal.
Adicionalmente, las Figuras 2f-2h muestran diferentes fases del proceso de acoplamiento del sistema (1) de la invención a una estructura marina (2) que comprende un fuste (4) y una cimentación (3). Durante dicho proceso, la estructura de acoplamiento (7) modular comprende un elemento de apoyo (13) sobre el fuste (4) de torre, y uno o más elementos móviles (14) que se cierran sobre dicho fuste (4).
Para ello, los elementos móviles (14) comprenden una parte o todos los componentes del subsistema de cierre (10) que permite cerrar la estructura de acoplamiento (7) completa sobre la estructura marina (2), realizándose por ejemplo los siguientes pasos:
Se aproxima el sistema flotante (1) en configuración plegada, hasta que el elemento de apoyo (13) contacta con la estructura marina (2) (Figura 2f).
Se aplica uno o más medios de mantenimiento de la posición (por ejemplo, un remolcador o un sistema de cabos o "winches"), de modo que el contacto entre el elemento de apoyo (13) y la estructura marina (2) se mantiene a lo largo del proceso de acoplamiento.
Se desplazan los elementos móviles (14) de la estructura de acoplamiento (7) hasta que la misma rodea completamente el fuste (4) de la estructura marina (2) (Figura 2g).
Se actúa sobre el subsistema de cierre (10) de la estructura a acoplamiento, para fijar el sistema flotante (1) auxiliar en su configuración desplegada o acoplada (Figura 2h).
Asimismo, como se aprecia en las Figuras 2f-2h, el subsistema (10) de apertura y/o cierre puede comprender una o más articulaciones (15) que permiten un giro de eje esencialmente vertical de un elemento flotante (5) de la estructura de acoplamiento (7) con respecto a otro elemento flotante (5). La disposición de elementos flotantes (5) según la realización mostrada en las Figuras 2a-2h posee, además, la ventaja de que dichos elementos (5) no presentan solapamiento, en su distribución en planta, con la distribución en planta de la estructura marina (2) cuando el subsistema (10) de apertura y/o cierre se encuentra cerrado sobre dicha estructura marina (2). En el ejemplo de las citadas figuras, se aprecia cómo la posición en planta de la cimentación (3) de la estructura marina (2) no coincide con la posición correspondiente de los elementos flotantes (5), independientemente de la posición de flotación que dicha cimentación (3) ocupe. Ello aporta gran flexibilidad al sistema flotante (1) para adaptarse adecuadamente a las diferentes fases de las operaciones de transporte, instalación o mantenimiento de la estructura marina (2), que se producen por lo general a diferentes niveles de fondeo (y que incluyen, por ejemplo, tanto una posición emergida de la cimentación (3) de la estructura marina (2) como una posición sumergida de la misma).
Por otra parte, y según lo representado por las Figuras 3a-3d, el subsistema (10) de apertura y/o cierre del sistema flotante auxiliar (1) cuenta con, al menos, dos elementos cooperantes (16, 17) de cierre, opcionalmente equipados con una pluralidad de guías de encaje (18, 18', 18") destinadas a facilitar una adecuada orientación de los elementos flotantes (5) de la estructura de acoplamiento (7) durante la operación de cierre del sistema flotante (1) sobre la estructura marina (2). Las guías de encaje (18, 18', 18") resultan ventajosas para adaptar la posición de la estructura de acoplamiento (7) en presencia de perturbaciones debidas a desniveles sobre el nivel del mar (6) (por ejemplo, por presencia de oleaje). Preferentemente, las guías de encaje (18, 18', 18") están adaptadas para propiciar una orientación tanto en superficie (por ejemplo, mediante cuñas de apuntamiento (18) mostradas en las Figuras 3a-3d), como en altura (por ejemplo, mediante dientes apuntados (18', 18") para la conexión de los elementos cooperantes (15, 16) de cierre, o mediante brazos de guiado (19) para propiciar el alineamiento de los módulos terminales de la estructura de acoplamiento (7) que comprenden dichos elementos (15, 16)).
Además de los componentes antes descritos, es posible incluir, en el subsistema (10) de apertura/cierre, uno o más medios adicionales de cierre, tales como uniones mediante pasadores (20), uniones atornilladas de aproximación (21) u otros medios tales como imanes, cierres electromecánicos, etc. son también utilizables en el ámbito de la invención.
Opcionalmente, el sistema flotante auxiliar (1) puede comprender de forma adicional al menos un elemento longitudinal fijado en uno de sus extremos a la estructura marina (2) y en el otro extremo a dicho sistema flotante auxiliar (1), siendo la longitud de dicho elemento longitudinal regulable de modo que dicha conexión pueda mantenerse mientras la estructura marina (2) desciende hundiéndose, y variando su posición relativa con respecto al sistema flotante auxiliar
(1) que se mantiene esencialmente a la misma cota flotante en superficie.
Como ejemplo adicional de la invención, la Figura 4 representa una realización preferente donde la estructura marina (2) a instalar comprende una torre eólica marina de tipo telescópico formada por distintos módulos telescópicos (22, 22', 22") de planta circular. En dicha realización se puede observar que la cimentación (3) está semi-sumergida durante su transporte y que el fuste (4) actúa como módulo o tramo de base de dicha torre eólica telescópica.
Por su parte y para esa misma realización, la Figura 5 ilustra parte del procedimiento para la instalación de la cimentación (3) de dicho fuste (4) de torre, siendo dicha cimentación (3) de gravedad y/o provisional o definitivamente flotante, donde dicho fuste (4) es esencialmente vertical y puede formar parte tanto de la propia cimentación (3) como de la torre eólica ubicada sobre ella, y que emplea para ello el sistema flotante auxiliar (1) de la invención. El citado procedimiento comprende, como se aprecia en la Figura 4, el fondeo parcial de la estructura marina (2), para mejorar así las condiciones de su transporte. Además, dicho procedimiento puede comprender adicionalmente el paso de izar parcial o totalmente la torre telescópica. La Figura 6 muestra otra etapa del procedimiento para la instalación de cimentaciones (3) y/o torres eólicas marinas, donde se emplea uno o más remolcadores (23) que tiran del sistema flotante auxiliar (1) durante el transporte del conjunto hasta su ubicación final, y/o durante el fondeo de la estructura marina (2) hasta su situación definitiva. En dicha figura también se observa que la estructura marina (2) está parcialmente fondeada durante su transporte y la torre telescópica está parcialmente izada.
La Figura 7 representa otra realización preferente de la invención, donde la estructura marina
(2) a instalar comprende un fuste (4) de sección poligonal, de manera que se facilite la instalación del sistema flotante auxiliar (1) limitando o impidiendo la capacidad de rotación de dicha estructura marina (2) respecto a los elementos de guiado (9). En dicha realización la estructura de acoplamiento (7) está formada por una celosía, y comprende dos anillos (8) que rodean al fuste (4) a dos alturas diferentes, coincidiendo con la parte baja y la parte alta de dicha celosía. Los elementos de guiado (9) se distribuyen en el perímetro de ambos anillos (8), situándose de ese modo en dos cotas o niveles distintos y mejorando la eficacia del sistema para limitar las inclinaciones relativas entre el sistema (1) y el fuste (4), al tiempo que se reducen las fuerzas, fundamentalmente horizontales, que a tal efecto se transmiten mutuamente a través de los elementos de guiado (9). Las Figuras 8a-8e ilustran un procedimiento para la instalación de cimentaciones (3) y/o fustes (4) de torres eólicas marinas que emplea un sistema flotante auxiliar (1) según la presente invención. En este caso se trata de una cimentación (3) de gravedad que en condición instalada queda apoyada sobre el fondo marino. La Figura 8a muestra el conjunto de estructura marina (2) junto con el sistema flotante auxiliar (1) ya instalado sobre ella. La Figura 8b representa otro paso de dicho procedimiento, concretamente el paso de transportar el conjunto de dicha estructura marina (2) y el sistema flotante auxiliar (1) hasta su ubicación final, empleando para ello uno o más remolcadores (23). No obstante, en el contexto de la invención, otros medios de arrastre o empuje similares son igualmente utilizables.
La Figura 8c ilustra otra fase del procedimiento de instalación para cimentaciones (100) y/o fustes (4) de torres eólicas marinas, concretamente el paso de fondear la estructura marina (2) hasta su situación definitiva en el lecho marino (24). En esta realización se puede observar que la estructura marina (2) comprende varios compartimentos (25) que forman parte de su cimentación (3), en los cuales se realiza un control diferencial de su llenado para facilitar el control de las inclinaciones del conjunto. Preferentemente, en dicha fase de fondeo se emplean tres o más remolcadores (no mostrados en la Figura 8c) que actúan sobre el sistema (1) para mantener la posición en planta del conjunto. La Figura 8d muestra otra fase del procedimiento, donde la cimentación (3) de la estructura marina (2) reposa ya sobre el lecho marino (24). La Figura 8e representa la estructura marina (2) en su situación definitiva, y desacoplada del sistema de la invención. En este caso, dicha estructura marina (2) comprende una torre telescópica (22, 22', 22") que ya ha sido totalmente izada. En la figura se muestra, asimismo, cómo el sistema flotante (1) de la invención se encuentra separado de la estructura marina (2) y dispuesto en configuración plegada para facilitar su transporte. Como se ha mencionado, la capacidad articulable y modular del sistema (1) de la invención permite su adaptación a múltiples tipos de estructuras marinas (2), haciendo que sea recuperable y/o reutilizable para instalaciones o transportes subsiguientes. En las figuras 8a-8e se aprecia cómo, a lo largo del proceso de instalación de la estructura marina (2), el sistema auxiliar de flotación (1) permanece semisumergido y a flote esencialmente a la misma cota en superficie, mientras que la estructura marina (2) va variando su cota conforme se hunde hasta apoyar en el lecho marino (24), existiendo un movimiento vertical relativo esencialmente libre entre ambos cuerpos autoflotantes.
Igualmente, en la realización de las Figuras 8a-8e, el fuste (4) es de diámetro constante, lo que facilita la operación de guiado, y su longitud es tal que su parte superior queda emergida en condición instalada, de modo que la cota de la coronación de dicho fuste (4) es más alta que la cota en la que se sitúan al menos parte de los elementos de guiado (9) comprendidos en el sistema (1).
La Figura 9 del presente documento muestra una realización específica posible del elemento flotante (5) del sistema auxiliar (1) de la invención. En ella, dicho elemento flotante (5) comprende placas amortiguamiento hidrodinámico (26), por ejemplo de tipo "heave píate", para reducir y amortiguar movimientos indeseados. Asimismo, los citados elementos flotantes (5) del sistema (1) pueden ser lastrables, para proporcionar un medio de control adicional de su flotabilidad y, con él, también de la estabilidad de la estructura marina (2). Del mismo modo, el elemento flotante (5) puede comprender una o más compuertas inferiores (26') de regulación de lastrado en la base de dicho elemento flotante (5), situadas en su obra viva (la parte del cuerpo flotante que queda sumergida, en contacto con el agua) para permitir y/o controlar el flujo de agua entre el interior de dicho elemento flotante (5) y la masa de agua en la que flota, como medio de ajuste de su comportamiento, amortiguamiento y frecuencia natural del conjunto. Dichas compuertas (26') son preferentemente de apertura regulable y/o de accionamiento remoto.
La apertura de las compuertas (26') de regulación permite establecer el nivel de llenado y/o de entrada/salida de agua de los elementos flotantes (5) del sistema, lo que en la práctica equivale a regular su área efectiva de flotación. Con ello es también posible controlar, de modo indirecto, cuál será el periodo de oscilación de dichos elementos flotantes (5) y/o del conjunto que forman con la estructura marina (2), en las diferentes etapas de las operaciones de transporte, instalación o mantenimiento de la estructura marina (2). De este modo, los procedimientos asociados a las citadas operaciones pueden incluir, opcionalmente, una primera etapa en la que al menos una de dichas compuertas está total o parcialmente abierta, lo que equivale a reducir el área efectiva del elemento flotante (5) que la comprende, y una segunda etapa en la que dicha compuerta (26') se cierra respecto a la posición de la primera etapa, lo que equivale a aumentar el área efectiva del elemento flotante (5). Además, las compuertas (26') de regulación pueden emplearse para regular el nivel de lastre del elemento flotante (5). Preferentemente, en aquellas estructuras marinas (2) que comprenden una cimentación (3), las compuertas (26') de regulación se encontrarán total o parcialmente abiertas en aquellas fases en las que la cimentación (3) se encuentra en posición emergida. Asimismo, cuando dicha cimentación (3) se encuentra en posición sumergida, las compuertas (26') de regulación se encontrarán cerradas (o, al menos, más cerradas que en la posición emergida de la cimentación (3)). Por su parte, el elemento flotante (5) puede fabricarse empleando distintos materiales conocidos en la técnica, preferentemente hormigón y/o materiales metálicos. También pueden emplearse construcción de tipo mixto, fabricando una parte inferior de hormigón, y el resto del elemento flotante (5) de acero. También pueden emplearse técnicas de hormigón prefabricado similares a las comúnmente empleadas para la construcción de depósitos prefabricados.
La configuración de los elementos flotantes (5) también puede ser modular, para poder ajusfar su tamaño global. Las piezas o módulos que pueden emplearse para conformar dichos elementos flotantes (5) pueden adoptar diversas formas, siendo preferible que sus dimensiones sean contenedorizables (no superiores a las de un contenedor standard) para facilitar su transporte y reutilización. Dichos módulos pueden unirse entre sí para conformar un elemento flotante (5) tanto en planta como en altura.
Preferentemente, el conjunto formado por el/los elementos flotantes (5) y la estructura de acoplamiento (7) a la estructura marina (2) es hidrodinámicamente autoestable, de forma que la distribución de masas de dichos elementos flotantes (5) y de la estructura de acoplamiento (7), y su centro de flotación correspondiente, sea tal que los elementos flotantes (5) estén equilibrados en posición adrizada cuando el subsistema (10) de apertura y/o cierre se encuentra abierto (esto es, con el sistema (1) desacoplado de la estructura marina (2)). En la práctica, ello implica que el conjunto de elementos a cada lado de las articulaciones (15) adoptará, incluso cuando el subsistema (10) está abierto, una posición con calado, cabeceo y alabeo esencialmente iguales a los del subsistema (10) cerrado.
Con relación a las relaciones geométricas entre los elementos del sistema flotante auxiliar (1) de la invención, las Figuras 10 y 1 1 muestran diferentes aspectos de las mismas que se aportan con fines ilustrativos. La Figura 10 muestra cómo los elementos de guiado (9) poseen una disposición en planta en torno al fuste (4) tal que el máximo ángulo (a) en planta formado por cualquier pareja contigua de dichos elementos de guiado (9) y el eje central del fuste (4) es igual o inferior a tres radianes. Por su parte, la Figura 11 muestra unos elementos de guiado (9) cuya disposición en alzado está realizada en al menos dos niveles, siendo la diferencia de cota entre el nivel más alto (27) y el nivel más bajo (28) de dichos niveles igual o superior a 1 m. Asimismo, en la Figura 1 1 se muestra también una realización del sistema flotante auxiliar (1) donde los elementos flotantes (5) comprenden un calado (29) y un francobordo (30) igual o superior a una longitud dada (H), cuyo valor cumple esencialmente la relación H=R sin(a'), siendo (R) la distancia desde el centro de cada elemento flotante (5) al eje longitudinal del fuste (4), y siendo (α') el máximo ángulo de inclinación admitido de la cimentación (3) de la estructura marina (2) durante su instalación y/o transporte. Finalmente, la Figura 12 muestra una realización de la invención basada en un único elemento flotante (5), conectado a una estructura de acoplamiento (7) destinada a fijarse a la estructura marina (2). Dicha realización del sistema está especialmente indicada en operaciones de mantenimiento de dicha estructura (2), en las cuales por ejemplo no resulta necesario el transporte de la misma. Como se aprecia en la Figura 12, las citadas operaciones de mantenimiento comprenderán, típicamente, el transporte del sistema flotante auxiliar (1) hasta el emplazamiento de la estructura marina (2), y su fijación a la misma mediante la operación del subsistema de apertura/cierre (10) de la estructura de acoplamiento (7). En este tipo de aplicaciones de la invención, el elemento flotante (5) y/o la estructura de acoplamiento (7) pueden estar equipadas con medios auxiliares de operación o mantenimiento, tales como por ejemplo una grúa de elevación, apta para trasladar equipamiento a/desde la estructura marina (2) desde/al propio sistema flotante (1) o desde/a una embarcación auxiliar.
Preferentemente, se podran usar grúas terrestres, mas económicas que las grúas marinas, lo que resulta posible gracias a que el acoplamiento del sistema flotante (1) a la estructura marina (2) limita los movimientos del primero y facilita la operativa de la grúa, incluso para trabajos en alturas elevadas, como sucede por ejemplo en las operaciones de mantenimiento de aerogeneradores.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Sistema flotante auxiliar (1) para la instalación y/o el transporte de una estructura marina (2) mar adentro, siendo dicha estructura marina (2) provisional o definitivamente autoflotante y del tipo que comprende un fuste (4) esencialmente vertical, donde dicho sistema flotante auxiliar (1) comprende:
- uno o más elementos flotantes (5);
- al menos, una estructura de acoplamiento (7) conectada a dichos elementos flotantes (5) y configurada para acoplarse a la estructura marina (2) alrededor de su fuste (4), donde dicha estructura de acoplamiento (7) comprende un subsistema (10) de apertura y/o cierre para facilitar su colocación y/o retirada de la estructura marina (2);
estando dicho sistema (1) caracterizado por que comprende, adicionalmente, uno o más elementos de guiado (9) fijados a dicha estructura de acoplamiento (7) que proporcionan una o más superficies de contacto deslizante con dicho fuste (4);
por que dicho contacto deslizante entre los elementos de guiado (9) y el fuste (4) es tal que:
- permite un movimiento relativo esencialmente vertical libre entre dicho sistema flotante auxiliar (1) y el fuste (4) de modo que, si la estructura marina (2) desciende hundiéndose, el sistema flotante auxiliar (1) se mantiene esencialmente a la misma cota flotante en superficie; y
- limita y/o impide otros movimientos relativos entre el sistema flotante auxiliar (1) y el fuste (4), tanto en movimiento horizontal relativo como de giro relativo en balanceo, cabeceo o guiñada;
y por que el subsistema (10) de apertura y/o cierre comprende una o más articulaciones (15) que permiten un giro de eje esencialmente vertical de las mismas respecto a uno o más elementos flotantes (5) de la estructura de acoplamiento (7).
2. - Sistema flotante auxiliar (1) según la reivindicación anterior, que comprende una pluralidad de elementos de guiado (9), y donde dichos elementos de guiado (9) poseen una disposición en planta en torno al fuste (4) tal que el máximo ángulo (a) en planta formado por cualquier elemento de guiado (4), su elemento de guiado (4) vecino y el eje central del fuste (4) es igual o inferior a tres radianes.
3. - Sistema flotante auxiliar (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pluralidad de elementos de guiado (9) con una disposición en alzado realizada en al menos dos niveles, siendo la diferencia de cota entre el nivel más alto (401) y el nivel más bajo (402) de dichos niveles igual o superior a 1 m.
4. - Sistema flotante auxiliar (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores para su uso en estructuras marinas (2) cuyo fuste (4) posee una sección transversal con geometría exterior esencialmente poligonal, y que comprende al menos tres elementos de guiado (9) en contacto con dicho fuste (4) en las proximidades de los vértices de dicha geometría esencialmente poligonal.
5. - Sistema flotante auxiliar (1) según la reivindicación 1 , donde la estructura de acoplamiento (7) comprende al menos un anillo (8) adaptado para rodear el fuste (4) de la estructura marina (2).
6. - Sistema flotante auxiliar (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende dos o más elementos flotantes (5) y donde la estructura de acoplamiento (7) es una estructura modular y/o articulada que conecta al menos dos de dichos elementos flotantes (5).
7.- Sistema flotante auxiliar (1) según la reivindicación anterior, donde el subsistema
(10) de apertura y/o cierre comprende una o más articulaciones (15) que permiten un giro de eje esencialmente vertical de un elemento flotante (5) de la estructura de acoplamiento (7) con respecto a otro elemento flotante (5).
8.- Sistema flotante auxiliar (1) según cualquiera de las reivindicaciones 6-7, donde el subsistema (10) de apertura y/o cierre del sistema flotante auxiliar (1) cuenta con, al menos, dos elementos cooperantes (16, 17) de cierre, opcionalmente equipados con una pluralidad de guías de encaje (18, 18', 18") adaptadas para orientar la posición de los elementos flotantes (5) de la estructura de acoplamiento (7) durante la operación de cierre del sistema flotante (1) sobre la estructura marina (2).
9.- Sistema flotante auxiliar (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el sistema flotante auxiliar (1) comprende al menos un elemento longitudinal fijado en uno de sus extremos a la estructura marina (2) y en el otro extremo a dicho sistema flotante auxiliar (1), siendo la longitud de dicho elemento longitudinal regulable de modo que dicha conexión pueda mantenerse mientras la estructura marina (2) desciende hundiéndose, y variando su posición relativa con respecto al sistema flotante auxiliar (1) que se mantiene esencialmente a la misma cota flotante en superficie.
10.- Sistema flotante auxiliar (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos un elemento flotante (5) comprende una placa (26) de amortiguamiento hidrodinámico sumergible, siendo dicha placa (26) esencialmente horizontal y plana.
1 1. - Sistema flotante auxiliar (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la distribución en planta de los elementos flotantes (5), cuando el subsistema (10) de apertura y/o cierre se encuentra cerrado sobre la estructura marina (2), es tal que no presenta solapamiento con la distribución en planta de dicha estructura marina (2).
12. - Sistema flotante auxiliar (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la estructura marina (2) comprende una cimentación (3), y donde al menos un elemento flotante (5) del sistema posee un calado (29) y un francobordo (30) ambos iguales o superiores a una longitud dada (H), cuyo valor cumple esencialmente la relación H=R sin(a'), siendo (R) la distancia desde el centro de cada elemento flotante (5) al eje longitudinal del fuste (4), y siendo (α') el máximo ángulo de inclinación admitido de la cimentación (3) de la estructura marina (2) durante su instalación y/o transporte.
13. - Sistema flotante auxiliar (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios de elevación aptos para la colocación y/o retirada de equipos y/o personal desde o hasta la estructura marina (2).
14. - Procedimiento para la instalación y/o el transporte de una estructura marina (2) mar adentro, siendo dicha estructura marina (2) del tipo que posee un fuste (4) esencialmente vertical, caracterizado por que comprende el uso de un sistema flotante auxiliar (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, y donde se realizan, al menos, los siguientes pasos, en cualquier orden técnicamente posible:
a) acoplar el sistema flotante auxiliar (1) alrededor de la estructura marina (2);
b) fondear la estructura marina (2) hasta su profundidad definitiva mientras que el sistema flotante auxiliar (1) se mantiene esencialmente a la misma cota flotante en superficie; y
c) retirar el sistema flotante auxiliar (1) de la estructura marina (2).
15. - Procedimiento según la reivindicación anterior, que comprende el paso adicional de transportar el sistema flotante auxiliar (1) y/o la estructura marina (2) hasta su ubicación final mar adentro, antes o después del paso a).
16. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 14-15, que comprende, adicionalmente, conectar remolcadores (23) al sistema flotante auxiliar (1) durante la realización de uno o más de sus pasos.
17. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 14-16 aplicado a una estructura marina (2) compuesta por módulos (22, 22', 22") de torre telescópica, que comprende, adicionalmente, izar parcial o totalmente dichos módulos (22, 22', 22") durante la realización de uno o más de sus pasos.
18. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 14-17, donde el paso a) se realiza en una zona costera resguardada antes de haber completado el paso b).
19. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 14-18, donde la estructura marina (2) comprende una cimentación (3); donde uno o más de los elementos flotantes (5) comprenden una o más compuertas (26') de regulación de lastrado en la base de dichos elementos flotantes (5); y donde el procedimiento comprende una primera etapa donde las compuertas (26') de regulación se encuentran total o parcialmente abiertas con la cimentación (3) situada en posición emergida; y una segunda etapa donde las compuertas (26') de regulación se encuentran completamente cerradas, o más cerradas que en la primera etapa, con la cimentación (3) situada en posición sumergida.
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