WO2018037140A1 - Sistema polimerico flexible modular de usos multiples - Google Patents

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WO2018037140A1
WO2018037140A1 PCT/ES2017/070500 ES2017070500W WO2018037140A1 WO 2018037140 A1 WO2018037140 A1 WO 2018037140A1 ES 2017070500 W ES2017070500 W ES 2017070500W WO 2018037140 A1 WO2018037140 A1 WO 2018037140A1
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bag
water
bags
assembly
platforms
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PCT/ES2017/070500
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Inventor
Juan Pablo Nebrera Salcedo
Original Assignee
Clecoser, S.L.
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/34—Pontoons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices

Definitions

  • the proposed invention intends to solve economically the location in aquatic environment of various types of large-area installations, of lesser weight (real or apparent, insofar as the volume is partly submerged), distributed homogeneously in time and space, through the use of lightweight polymeric materials, which integrate a system of bags of variable volume and / or density, a system of injection and evacuation of fluids inside these bags, a system of control of the whole and several auxiliary systems necessary for the functionality of each particular installation and that are not part of the invention.
  • design problems are related to (i) the need to resist adverse atmospheric and / or meta-oceanic conditions that, although they usually occur for relatively short times, they condition the design and lead to costly and / or ineffective solutions and (ii) the type of loads to be supported as part of the function that the platform should have.
  • the proposed invention is suitable for relatively minor loads, which do not vary significantly over time, distributed homogeneously over large areas, and whose functionality is not especially sensitive to wave-induced movement. Since the meaning of the invention is to go at low costs, resistance to adverse conditions will always be limited, so large-area loads or installations must withstand periods of immersion for hours or days while wind or wave conditions persist Adverse The depth of the dive will depend on the significant wave size of the site, and may reach depths of the order of 15 m or more.
  • Example background of a preferred embodiment of the invention, as a support for a photovoltaic plant to be installed in an aquatic environment.
  • Some photovoltaic generation plants have been developed in port areas, whose photovoltaic panels rely on rigid metal structures, similar to those mounted on land, adding some type of floating device.
  • the system is intended for installation on a sheet of water, either in off-shore areas or in lakes, reservoirs or rivers.
  • the location in water allows the bag to be designed to directly support the solar surface so that it can be an air duct or cooling water of this solar surface to improve its performance.
  • the field can be completed with an automated cleaning system or sprinklers, including the use of desalinated water to be produced on any of the auxiliary platforms.
  • these auxiliary platforms are connected by means of submarine cables to reinforced points of the perimeter of the field, which allows to avoid the drift of the same by the action of wind or currents, as well as, through a winch system, produce the slow turn of the field to follow the daily path of the sun during the day and return to the starting situation during the night, which can also be achieved by locating propeller propellers with electric motors in the right places.
  • the systems of filling and emptying of air, control system and other auxiliaries depending on the specific applications can be located on land, in an area close to where the system is located, or on auxiliary platforms, which can be of the type semi-submersible, since they must withstand wind and waves, and have a good anchoring system or supported to the bottom, and that are not the subject of this invention, since there are several alternatives for its construction and installation.
  • auxiliary platforms which can be of the type semi-submersible, since they must withstand wind and waves, and have a good anchoring system or supported to the bottom, and that are not the subject of this invention, since there are several alternatives for its construction and installation.
  • all mechanical, electrical and electronic equipment that is not submersible must be contained on these platforms.
  • the proposed invention is suitable for relatively smaller loads, which do not vary significantly over time, distributed homogeneously over large areas, and which do not have special sensitivity to movement induced by waves. Since the meaning of the invention is to go at low costs, resistance to adverse conditions is limited, so that the loads that make up the installation, except those housed in auxiliary platforms, must withstand periods of immersion of hours or days while the adverse wind or swell conditions. The depth of the dive will depend on the significant wave size of the site, and may reach depths of 15 m or more.
  • the design allows to play with the mass and stiffness of each set, through the combination of different types and sizes of bags, and their partial or total filling with different types of fluid, to absorb part of the wave energy and limit the movements of the elements located on the support structure
  • Fig. 1 shows a section of two elements consisting of sets of three elongated bags joined together that float horizontally, elements that in turn join laterally to each other, used for a preferred application of photovoltaic plant, being the section of each element of orientative dimensions of 3x3 m2.
  • Fig. 2. It shows a plan view of how several elements would be joined to constitute a module, with an approximate length of each element of about 60 m and that would group, for merely indicative purposes, 40 of these elements, resulting in a module of about 60x120 m2 (dimensions also indicative)
  • Fig. 3. Illustrates the union of many modules to constitute a solar field
  • Fig. 4. Illustrates a solar field with the support platforms on two of its sides
  • Fig. 4bis. Illustrates a solar field with a single central platform
  • Fig. 5. It shows a section of a reservoir of a lighter fluid than the water to be stored between two waters, e.g. a desalinated water tank in the sea
  • Fig. 6. Shows a set of tanks, also with a lighter fluid than water.
  • Fig. 7. Illustrates the concept of the system supporting a light and flexible structure, for example for a playground
  • Fig. 8. Illustrates an arrangement of a wave damping field
  • Fig. 9. Shows a complex bag section for photobioreactor
  • Fig. 10. Illustrates a photobioreactor field with a central platform PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
  • the system comprises a plurality of semi-rigid polymer structures of a modular nature, where several linear elements are grouped into a module, which in turn is grouped with other modules to give rise to the final set, for example a photovoltaic solar field.
  • This final set for example a photovoltaic solar field, can be controlled from one or more platforms, fixed or floating, moored or supported at the bottom, much smaller and built in steel or concrete, which support the auxiliary systems of the plant, and that are different for different applications.
  • each element consists of several approximately prismatic elongated bags (21, 22) of different section Fig. 1), longitudinally joined one above the other, and which constitute, considered jointly, a variable section element , which, in this configuration, has an additional top bag with circular sector section (23) whose angle can be changed between 0 e (when the sun is at its maximum height above the horizon at noon of the summer solstice) and 90 e (at sunrise and sunset).
  • the upper part of the element has two approximately flat faces with a common edge; one of the flat faces has an approximately horizontal orientation (232) and the other flat face of variable inclination (231) or fixed, houses the photovoltaic sheets (1).
  • the assembly can be implemented with an automated cleaning system (5) or sprinkiers that include the use of desalinated water to be produced in any of the auxiliary platforms.
  • the variation of the angle between the two faces is carried out, where appropriate, to optimize the incidence of the sun's rays on the photovoltaic sheets, and is achieved by modifying the air pressure (A) in the approximately triangular section bag (23) which supports the photovoltaic sheets (1).
  • this same bag or upper chamber (23) can serve to circulate the air or water through it, cooling the sun-hidden face of the panels or photovoltaic materials (1), thus contributing to avoid heating excessive that adversely affects its performance.
  • the upper one (22) or higher will be inflated with air (A), so that buoyancy is maintained at the desired height above the water surface or sea level (X), and the one below (21) or lower will be filled with water (W), so as to provide inertia to the whole to limit the effect of waves and wind.
  • the width of the individual bags for reasons of ease of manufacture, assembly, operation and maintenance, would be around 3 m, and their length around 50-60 m.
  • Each element of several stacked bags (21, 22) is handled independently by the control system, which fills or empties the air or water bags at will, depending on the mode of operation that is programmed (ie, normal operation, immersion , submerged maintenance or emersion). If necessary, some of the bags can be divided longitudinally to improve the control of movement or flotation, adding inlet and outlet valves to each individual section.
  • each connecting element (4) is fixed to the neighbor either by a longitudinal weld of the polymeric material Fig. 1 or by a system of zippers or rings fixed to longitudinal connecting cables (3) that are joined to other cross-sections. to constitute the whole solar field.
  • these cables (3) are in tension between opposite points of an outer rigid ring (which works under compression), sieve or sieve type union.
  • the cables are tensioned between the outer rigid compression ring and an inner rigid ring (traction), which would surround the fixed anchored platform, bicycle wheel type joint.
  • the rotational movement of the field assembly on the vertical axis can be achieved from the platform located in the center of the field, acting on the inner ring, or by using propellers located on the outer ring.
  • the extraction of the air from the intermediate chamber (22) causes the assembly to stop floating, sinking slowly with respect to the sea level (X);
  • a small air injection increases buoyancy again, so that it can be adjusted at will to keep the assembly at the desired depth.
  • the plurality of elements and modules linked together prevents effects of unevenness of the assembly by accumulation of air at one of the ends.
  • the photovoltaic generation plant object of this preferred embodiment in one of the possible variants, has a plurality of associated modules by means of a mooring system that joins them together and to the fixed platforms where the devices and systems that cannot be submerged are located .
  • Fig 4 and Fig 4 bis two top views of solar fields, one of them with two lateral platforms (6) and another with a single central platform (7).
  • the most appropriate system will depend on the mooring costs of the platforms, the solar field to these and the solar field itself at the bottom, in the latter case when the tracking of the sun on the vertical axis is renounced and the depth is not excessive and more expensive Too much this solution.
  • the photovoltaic generation plant object of the preferred embodiment of the invention has a dual-axis daily solar path monitoring system, which modifies the position of the photosensitive faces and the park as a whole.
  • the vertical axis solar path tracking system employs a system of chains or cables that joins the plurality of polymeric structures with the platforms fixed to the seabed, so that, by releasing or picking up the chains or cables, a rotation is provided to the set, which results in a follow-up of the path that the sun makes during its daytime journey.
  • electric thrusters are used at strategic points to achieve the rotation of the assembly in the desired direction and speed.
  • the system described above operated in a coordinated manner from the platforms anchored to the seabed, also causes the photovoltaic generation plant to sink into the sea (remember that an application is for photovoltaic generation facilities in off-shore areas) protecting the whole of the direct action of waves or excessive winds.
  • the photovoltaic generation plant object of the invention Given the possible location of the photovoltaic generation plant object of the invention in off-shore areas, the photovoltaic sheets can be covered with dirt (mainly saltpeter) either because the photovoltaic generation plant has been submerged, by splashing or deposits or by Any other reason, therefore to clean the photovoltaic sheets, one of the preferred embodiments of the photovoltaic generation plant object of the invention has an automated photovoltaic sheet cleaning system, which drives desalinated water on the photovoltaic sheet through sprinklers
  • the maintenance platform on the flat part of the upper chamber is a longitudinal platform that will be used for less frequent cleanings that require physical actions beyond freshwater irrigation, as well as for inspection and maintenance and support of cables and other elements electrical or mechanical installation, personnel step or automated assembly or maintenance tools.
  • the construction system conceived allows the industrialized construction and putting in water of modules of considerable size, reducing the assembly operations in water to a minimum.
  • the storage of fluids in the aquatic environment, using polymeric materials, allows saving by replacing tanks or deposits on the earth's surface by semi-rigid bags that, being submerged in seawater, must withstand comparatively much smaller efforts than deposits on land.
  • seismic stresses or snow or wind loads are saved.
  • the fluids to be stored may be aqueous (e.g. desalinated water, drinking water), hydrocarbons (e.g. crude, gasoline, naphtha) or other fluids, such as chemicals.
  • aqueous e.g. desalinated water, drinking water
  • hydrocarbons e.g. crude, gasoline, naphtha
  • other fluids such as chemicals.
  • the storage of potentially contaminating fluids requires designs and precautions similar to those that should be considered on land, but adapted to the nature of the environment (e.g.
  • FIG. 5 A typical section of a preferred embodiment for this application is shown in Fig. 5, in which the main storage bag (2) of a less dense fluid is seen than the water that in this case has been supposed to be stored between two waters, at a certain distance from the surface of the water (X), the side bags (20) to control possible breakage or damage of the main bag to avoid spillage into the sea or lake, and moorings to the dead (8 ) or anchors located at the bottom.
  • Fig. 6 shows a section of a set of bags (2) that remain anchored thanks to a cable system (80) or a network that hugs them and connects them with the ties to the dead (8) or anchors From the bottom.
  • the connections between the bags for filling or emptying and the transfer of the fluid to and from the ground facilities where it is produced or consumed correspond to well-known technology that is not described in this invention.
  • FIG. 7 An example is illustrated in Fig. 7 where a light surface with some flexibility (9) is supported by a set of modules similar to those described above, in this case composed of elements of two bags (21 ' , 22 ' ), one full of air (A) and another of water (W) to stay at a certain height above the surface (X) of the water.
  • the detail design is such that, when not used, or when wind or swell is forecast, the system is submerged to a depth where it is not affected by the action of the swell.
  • the use of a version of the invention for this purpose allows a photobioreactor to be built both on calm waters (lakes, large rivers) and on open waters (off-shore), being submersible in this second case during periods of bad weather.
  • An embodiment with this concept is illustrated in Fig.
  • the water in which the seaweed culture grows is circulated through the upper bags (22 “' ), assuming in this case in continuous process; through the lateral bags (23 “' ), which communicate (91) at intervals with the upper bags (22 “' ), air (or other gas, such as C02) circulates to regulate the composition of gases dissolved in water; the lower bags (21 “' ), optional in this case, can serve to give stability to the assembly.
  • Flexible pipes eg polyethylene
  • the photobioreactor field is necessarily completed with one or more platforms, located in the center of the field or on some of its sides, where the immersion and emersion pumping mechanisms and the auxiliary culture systems are located, and where it is collected and , optionally, a first treatment of the final stream of water charged from the cultivated algae is carried out, in a similar way to that set out for the photovoltaic field
  • Figure 10 illustrates the positioning of a fixed platform (7) in the center of the field; In this case, where solar tracking is less critical, the field is set as fixed, and can be tied directly to the bottom, in addition to being tied to the central platform, which in turn is tied in the background or supported by this.

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Abstract

Sistema basado en bolsas complejas de material polimérico que flotan horizontalmente y se unen entre sí para formar módulos, que a su vez se unen entre sí. Es adecuado para construir instalaciones sobre el agua que requieran grandes superficies, pero con cargas relativamente menores, que no varíen de forma significativa en el tiempo, distribuidas de forma homogénea en toda la superficie, y cuya funcionalidad no sea especialmente sensible al movimiento inducido por el oleaje. La superficie se puede sumergir a voluntad en condiciones de viento o mar adversas, por lo que las instalaciones deben soportar periodos de inmersión de horas o días. Aquellos componentes o equipos que no puedan soportar la inmersión deben ubicarse en plataformas auxiliares, más pequeñas y diseñadas con principios distintos, que no son objeto de la invención.

Description

D E S C R I P C I Ó N
SISTEMA POLIMÉRICO FLEXIBLE FLOTANTE MODULAR DE USOS MÚLTIPLES
SECTOR DE LA TÉCNICA
La invención que se propone pretende resolver de forma económica la ubicación en medio acuático de diversos tipos de instalaciones de gran superficie, de peso menor (real o aparente, en la medida en que el volumen esté en parte sumergido), distribuido de forma homogénea en el tiempo y en el espacio, mediante la utilización de materiales poliméricos ligeros, que integran un sistema de bolsas de volumen y/o densidad variable, un sistema de inyección y evacuación de fluidos al interior de estas bolsas, un sistema de control del conjunto y varios sistemas auxiliares necesarios para la funcionalidad de cada instalación en concreto y que no forman parte de la invención.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN A medida que la población humana crece y los requisitos de carácter ambiental y social se hacen más exigentes, se hace más atractiva la posibilidad de trasladar al mar, lagos o grandes ríos ciertas instalaciones o actividades, algunas de las cuales requieren de superficies considerables.
La necesidad de crear estructuras soporte, flotantes o apoyadas en el fondo marino, es evidente en el caso de las plataformas off-shore o de las fundaciones para eólica marina.
Cuando se trata de instalaciones que requieren de gran superficie, sobre todo si se pretenden ubicar en áreas de alta mar o con fuertes vientos, los problemas de diseño se relacionan con (i) la necesidad de resistir condiciones atmosféricas y/o meta-oceánicas adversas que, aunque se dan por lo general durante tiempos relativamente cortos, condicionan el diseño y conducen a soluciones costosas y/o poco funcionales y (ii) el tipo de cargas a soportar como parte de la función que deba tener la plataforma.
La invención que se plantea es adecuada para cargas relativamente menores, que no varíen de forma significativa en el tiempo, distribuidas de forma homogénea en grandes superficies, y cuya funcionalidad no sea especialmente sensible al movimiento inducido por el oleaje. Dado que el sentido del invento es ir a costes bajos, la resistencia a condiciones adversas será siempre limitada, por lo que las cargas o instalaciones de gran superficie deben soportar periodos de inmersión de horas o días mientras persistan las condiciones de viento u oleaje adversas. La profundidad de la inmersión dependerá del tamaño de ola significativa del emplazamiento, pudiendo llegar a profundidades del orden de 15 m o más.
Cuando se requieran componentes o equipos que no puedan sumergirse o sean sensibles al movimiento, éstos deben ubicarse en plataformas auxiliares mucho más pequeñas que se describen más adelante.
Ejemplo: antecedentes de una realización preferente de la invención, como soporte de planta fotovoltaica a instalar en medio acuático.
En la actualidad muchas las plantas de generación fotovoltaica se instalan en su práctica totalidad en tierra, existiendo muy pocos ejemplos de parques fotovoltaicos sobre medio acuático sean lagos, embalses o el mar.
En zonas portuarias se han desarrollado algunas plantas de generación fotovoltaica, cuyos paneles fotovoltaicos se apoyan en estructuras rígidas metálicas, de forma similar a las que se montan en tierra, añadiendo algún tipo de dispositivo flotante.
Instalaciones análogas en cuanto a sus principios básicos se han desarrollado sobre elementos flotantes rígidos sobre láminas de agua en lagos o embalses.
El emplear soportes rígidos para las placas fotovoltaicas en estas aplicaciones complica la operación y mantenimiento de las placas e incrementa el coste constructivo. Además, la rigidez de la estructura las hace bastante vulnerables a las inclemencias meteorológicas, especialmente acusadas en medio marino. Finalmente, para tratar de conseguir instalaciones de generación fotovoltaica en zonas off- shore, es decir, sobre el mar, se han desarrollado conceptualmente plataformas multidisciplinares flotantes, o apoyadas en el fondo marino, que requieren de una gran inversión de construcción, puesta en marcha y mantenimiento, por lo que dichas plataformas por el momento han quedado limitadas a ideas o proyectos que no se llevan a la práctica industrial comercial. Además, estas plataformas son estructuras rígidas, lo que, al igual que las instalaciones en puertos, las hace vulnerables a las inclemencias meteorológicas.
Ninguna de las referencias encontradas en Espacenet (i.e. US20150298774A1 , KR20160017555(A) o PH12014000229 (A1 ) entre otras) tiene características similares a la invención que se propone. En especial, ninguna está diseñada para que pueda sumergirse y emerger a voluntad ante una previsión de condiciones de viento u oleaje excesivas. EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
El sistema está pensado para su instalación sobre lámina de agua, sea en zonas off-shore o en lagos, embalses o ríos.
De forma sucinta, y remitiéndonos a los posteriores figuras, se trata de una pluralidad de bolsas flotantes asociadas en elementos de al menos dos bolsas individuales, de sección aproximadamente rectangular cada una de ellas, pegadas entre sí de forma que una queda encima de la otra Fig. 1 , pero que pueden ser de materiales y características diferentes, de forma que (por ejemplo en la aplicación de planta fotovoltaica, Fig. 1 ) en su parte superior soportan una bolsa aproximadamente triangular adicional que, al ocupar aproximadamente la mitad de la cara superior del conjunto, da lugar a dos caras aproximadamente planas, una horizontal y otra inclinada (con inclinación fija o variable a voluntad). Esta cara inclinada da soporte a la superficie o lámina solar, mientras que la parte horizontal puede servir de soporte a la instalación eléctrica y mecánica, así como de camino de acceso para labores de instalación y mantenimiento. Varias de estos elementos se pueden unir lateralmente (Fig. 2) para dar lugar a un módulo, p.e. de campo solar (Fig. 3). Varios de estos módulos se pueden agrupar, uniéndolos entre sí y a plataformas ancladas al fondo marino (Fig 4, ), p.e. para conformar una planta solar (Fig. 4). En los casos en que se diseñe la instalación para medio marino, será necesario dotarla de un sistema de inmersión ante la predicción de situaciones meteorológicas (oleaje, viento) que puedan dañar las estructuras. Para ello, se aprovechará la capacidad de llenar o vaciar de aire a voluntad algunas de las bolsas elementales para sumergir la estructura hasta la profundidad deseada, en la que no se vea afectada por el oleaje, y emergería cuando se den de nuevo las circunstancias que permitan su operación segura. La ubicación en agua permite diseñar la bolsa que sirva de apoyo directo a la superficie solar de forma que pueda ser conducto de aire o agua de refrigeración de esta superficie solar para mejorar su rendimiento. El campo puede completarse con un sistema de limpieza automatizado o sprinklers, incluyendo la utilización de agua desalada a producir en alguna de las plataformas auxiliares. En una realización preferente, estas plataformas auxiliares están unidas mediante cables submarinos a puntos reforzados del perímetro del campo, lo que permite evitar la deriva del mismo por la acción del viento o las corrientes, así como, a través de un sistema de cabrestantes, producir el lento giro del campo para seguir la trayectoria diaria del sol durante el día y volver a la situación de partida durante la noche, lo que también se puede conseguir ubicando en los lugares adecuados propulsores de hélice con motores eléctricos. Los sistemas de llenado y vaciado de aire, sistema de control y otros auxiliares dependiendo de las aplicaciones concretas pueden ubicarse en tierra, en una zona próxima a donde se localice el sistema, o en plataformas auxiliares, que pueden ser del tipo semisumergible, ya que deben resistir el viento y el oleaje, y tener un buen sistema de anclaje o soportado al fondo, y que no son objeto de este invento, ya que existen varias alternativas para su construcción e instalación. Por ejemplo, en el caso de la planta fotovoltaica, en estas plataformas debe contenerse todo el equipo mecánico, eléctrico y electrónico que no sea sumergible.
La invención que se plantea es adecuada para cargas relativamente menores, que no varíen de forma significativa en el tiempo, distribuidas de forma homogénea en grandes superficies, y que no tengan especial sensibilidad al movimiento inducido por el oleaje. Dado que el sentido del invento es ir a costes bajos, la resistencia a condiciones adversas es limitada, por lo que las cargas que compongan la instalación, excepto las alojadas en las plataformas auxiliares, deben soportar periodos de inmersión de horas o días mientras persistan las condiciones de viento u oleaje adversas. La profundidad de la inmersión dependerá del tamaño de ola significativa del emplazamiento, pudiendo llegar a profundidades de 15 m o superiores.
Si bien los materiales poliméricos, se utilizan desde hace tiempo con gran éxito en la construcción de embarcaciones y diques flotantes, el tipo de utilización que se describe en esta memoria creemos que es novedosa por cuanto tiene las siguientes características:
- Se caracteriza por agrupar estructuras lineales prismáticas, usando materiales poliméricos semirrígidos, con geometría y densidad del conjunto variable a voluntad a través de uno o más sistemas de llenado y vaciado de fluidos regulado por un sistema de control distribuido, que actúa en función de necesidades de operación de la instalación o para sumergir ésta para salvaguardarla de oleaje o viento excesivo
- Se caracteriza por tanto porque tal sistema permite la inmersión y emersión a voluntad del conjunto
- Se caracteriza porque el diseño del sistema y los materiales utilizados permiten la fabricación industrial en tierra y la fácil puesta en agua de grandes módulos
La ligereza del sistema y sus características de diseño permiten agrupar varios módulos para componer superficies muy extensas
En las aplicaciones predominantemente flotantes, el diseño permite jugar con la masa y la rigidez de cada conjunto, a través de la combinación de diversos tipos y tamaños de bolsas, y su llenado parcial o total con distintos tipos de fluido, para absorber parte de la energía del oleaje y limitar los movimientos de los elementos situados sobre la estructura soporte
- Tiene gran flexibilidad para realizar diseños concretos fácilmente adaptables a múltiples aplicaciones BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Fig. 1 .- Muestra una sección de dos elementos constituidos por conjuntos de tres bolsas alargadas unidas entre sí que flotan horizontalmente, elementos que a su vez se unen lateralmente entre sí, utilizados para una aplicación preferente de planta fotovoltaica, siendo la sección de cada elemento de dimensiones orientativas de 3x3 m2. Fig.2.- Muestra una vista en planta de cómo se unirían varios elementos para constituir un módulo, con longitud orientativa de cada elemento de unos 60 m y que agruparía, a título meramente orientativo, 40 de estos elementos, resultando en un módulo de unos 60x120 m2 (dimensiones también orientativas)
Fig. 3.- Ilustra la unión de muchos módulos para constituir un campo solar Fig. 4.- Ilustra un campo solar con las plataformas de apoyo en dos de sus lados Fig. 4bis.- Ilustra un campo solar con una única plataforma central
Fig. 5.- Muestra una sección de un depósito de un fluido más ligero que el agua que se desea almacenar entre dos aguas, p.e. un depósito de agua desalada en el mar
Fig. 6.- Muestra un conjunto de depósitos, también con un fluido más ligero que el agua Fig. 7.- Ilustra el concepto del sistema soportando una estructura ligera y flexible, por ejemplo para un campo de juegos
Fig. 8.- Ilustra una disposición de un campo de amortiguación de oleaje
Fig. 9.- Muestra una sección de bolsa compleja para fotobiorreactor
Fig. 10.- Ilustra un campo de fotobiorreactor con una plataforma central REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
El sistema comprende una pluralidad de estructuras poliméricas semirrígidas de carácter modular, donde varios elementos lineales se agrupan en un módulo, que a su vez se agrupa con otros módulos para dar lugar al conjunto final, por ejemplo un campo solar fotovoltaico. Este conjunto final, por ejemplo un campo solar fotovoltaico, se puede controlar desde una o más plataformas, fijas o flotantes, amarradas o apoyadas en el fondo, mucho más pequeñas y construidas en acero u hormigón, que soportan los sistemas auxiliares de la planta, y que son distintos para las distintas aplicaciones.
En la realización preferente de planta fotovoltaica, cada elemento consta de varias bolsas alargadas aproximadamente prismáticas (21 , 22) de sección diversa Fig.1 ), unidas longitudinalmente una sobre otra, y que constituyen, consideradas de forma conjunta, un elemento de sección variable, que, en esta configuración, tiene una bolsa adicional superior con sección de sector circular ( 23) cuyo ángulo puede hacerse cambiar entre los 0e (cuando el sol se encuentra en su máxima altura sobre el horizonte al mediodía del solsticio de verano) y 90e (a la salida y puesta del sol). La cara correspondiente a lo que sería el radio móvil de esta sección, o cara de inclinación variable (231 ), sirve de apoyo a láminas o paneles fotovoltaicos (1 ) de cualquier tecnología (basada o no en silicio, cristalino o no, en forma de "thin film" o en cualquier otra tecnología fotovoltaica (lo que no es el objeto de esta invención)), esto es cada estructura polimérica elemental sirve de apoyo a al menos una superficie fotovoltaica.
En definitiva, la parte superior del elemento tiene dos caras aproximadamente planas con una arista común; una de las caras planas tiene una orientación aproximadamente horizontal (232) y la otra cara plana de inclinación variable (231 ) o fija, aloja las láminas fotovoltaicas (1 ). En esta cara de inclinación variable (231 ) el conjunto se puede implementar con un sistema de limpieza automatizado (5) o sprinkiers que incluyen la utilización de agua desalada a producir en alguna de las plataformas auxiliares.
La variación del ángulo entre las dos caras se realiza, en su caso, para optimizar la incidencia de los rayos del sol sobre las láminas fotovoltaicas, y se consigue modificando la presión del aire (A) en la bolsa de sección aproximadamente triangular (23) que soporta las láminas fotovoltaicas (1 ).
Por otra parte, esta misma bolsa o cámara superior (23) puede servir para hacer circular el aire o agua por la misma, refrigerando la cara oculta al sol de los paneles o materiales fotovoltaicos (1 ), contribuyendo de este modo a evitar un calentamiento excesivo que afecte negativamente a su rendimiento.
De las dos cámaras o bolsas inferiores, la de más arriba (22) o superior irá inflada con aire (A), de manera que se mantenga la flotabilidad a la altura deseada sobre la superficie del agua o nivel de mar (X), y la de más abajo (21 ) o inferior irá llena de agua (W), de forma que proporcione inercia al conjunto para limitar el efecto del oleaje y del viento.
No existe una limitación "a priori" respecto de las dimensiones. En una realización preferente, la anchura de las bolsas individuales, por razones de facilidad de fabricación, montaje, operación y mantenimiento, estaría en torno a los 3 m, y su longitud en torno a los 50-60 m.
Cada elemento de varias bolsas apiladas (21 ,22) se maneja de forma independiente por el sistema de control, que llena o vacía las bolsas de aire o agua a voluntad, dependiendo del modo de operación que se programe (i.e., operación normal, inmersión, mantenimiento sumergido o emersión). En caso necesario, alguna de las bolsas puede dividirse longitudinalmente para mejorar el control de movimiento o flotación, añadiendo válvulas de entrada y salida a cada tramo individual.
Para componer los módulos, cada elemento de unión (4) se fija al vecino bien mediante una soldadura longitudinal del material polimérico Fig.1 o mediante un sistema de cremalleras o anillas fijadas a cables (3) longitudinales de unión que se unen a otros transversales para constituir el conjunto del campo solar. En una de las posibles soluciones a la cohesión del conjunto del campo solar, estos cables (3) están en tensión entre puntos opuestos de un anillo rígido exterior (que trabaja a compresión), unión tipo cernedor o criba. En otra solución, los cables se tensan entre el anillo rígido exterior a compresión y un anillo rígido interior (a tracción), que rodearía a la plataforma fija anclada, unión tipo rueda de bicicleta. El movimiento de giro del conjunto del campo en el eje vertical se puede conseguir desde la plataforma situada en el centro del campo, actuando sobre el anillo interior, o mediante el uso de hélices situadas en el anillo exterior.
En una de las configuraciones preferentes, en que se desea hundir en el agua la plataforma para evitar los efectos del embate de las olas, la extracción del aire de la cámara intermedia (22) hace que el conjunto deje de flotar, hundiéndose lentamente respecto del nivel del mar (X); al llegar a la profundidad deseada, una pequeña inyección de aire vuelve a aumentar la flotabilidad, de forma que ésta se puede regular a voluntad para mantener el conjunto a la profundidad que se quiera. La pluralidad de elementos y módulos ligados entre sí evita efectos de desnivelación del conjunto por acumulación del aire en alguno de los extremos. La planta de generación fotovoltaica objeto de esta realización preferente, en una de las posibles variantes, cuenta con una pluralidad de módulos asociados mediante un sistema de amarre que las une entre sí y a las plataformas fijas donde se ubican los aparatos y sistemas que no pueden sumergirse. En las Fig 4 y Fig 4bis se muestran dos vistas superiores de campos solares, uno de ellos con dos plataformas laterales (6) y otro con una única plataforma central (7). El sistema más adecuado dependerá de los costes de amarre de las plataformas, del campo solar a éstas y del propio campo solar al fondo, en este último caso cuando se renuncie al seguimiento del sol en el eje vertical y la profundidad no sea excesiva y encarezca demasiado esta solución.
La planta de generación fotovoltaica objeto de la realización preferente de la invención cuenta con un sistema de seguimiento de la trayectoria solar diaria en doble eje, que modifica la posición de las caras fotosensibles y del conjunto del parque. El sistema de seguimiento de la trayectoria solar en eje vertical emplea un sistema de cadenas o cables que une la pluralidad de estructuras poliméricas con las plataformas fijadas al fondo marino, de modo que, soltando o recogiendo las cadenas o cables, se proporciona un giro al conjunto, que resulta en un seguimiento de la trayectoria que realiza el sol durante su recorrido diurno. En otra realización preferente, se utilizan propulsores eléctricos en puntos estratégicos para conseguir el giro del conjunto en el sentido y velocidad que se desee. El sistema descrito antes, accionado de forma coordinada desde las plataformas ancladas al fondo marino, también hace que la planta de generación fotovoltaica se pueda hundir en el mar (recordamos que una aplicación es para realizar instalaciones de generación fotovoltaica en zonas off-shore) protegiendo todo el conjunto de la acción directa de oleaje o vientos excesivos. Dada la posible localización de la planta de generación fotovoltaica objeto de la invención en zonas off-shore, las láminas fotovoltaicas se pueden recubrir de suciedad (principalmente salitre) bien sea porque se ha sumergido la planta de generación fotovoltaica, por salpicaduras o depósitos o por cualquier otro motivo, por tanto para limpiar las láminas fotovoltaicas, una de las realizaciones preferentes de la planta de generación fotovoltaica objeto de la invención cuenta con un sistema de limpieza de las láminas fotovoltaicas automatizado, que impulsa agua desalada sobre la lámina fotovoltaica a través de rociadores. La plataforma de mantenimiento sobre la parte plana de la cámara superior es una plataforma longitudinal que se utilizará para limpiezas menos frecuentes que requieran actuaciones físicas más allá de la irrigación con agua dulce, así como para inspección y mantenimiento y soporte de los cables y otros elementos eléctricos o mecánicos de la instalación, paso de personal o de herramientas automatizadas de montaje o mantenimiento.
Algunas de las ventajas generales del sistema ya se han listado en parte en 2 anterior. Ventajas adicionales para todas las aplicaciones son: Economía de costes, al tratarse de materiales económicos y fácilmente reciclables Facilidad y economía de fabricación, construcción y puesta en el agua, como se describe más abajo
Impacto ambiental mínimo; material reciclable, costes de demolición mínimos
- Plazo de construcción e instalación muy corto, generalmente limitado por los elementos propios de la utilización concreta más que por el sistema de soporte
- Posibilidad de ubicar las instalaciones en zonas de escaso impacto ambiental y social
- Facilidad para transporte de los elementos en el agua y armado del conjunto; facilidad para moverlo de sitio si se hace necesario Otras ventajas específicas para una de las aplicaciones preferentes, la planta solar marina, se describen a continuación a título de ejemplo:
La energía solar tiene una densidad relativamente baja, por lo que su captación requiere de grandes superficies, cuya disponibilidad en tierra puede ser problemática, por ser caras o inapropiadas las superficies disponibles. Con la reducción de costes de los materiales generadores de electricidad con irradiación solar (por ejemplo, los paneles fotovoltaicos) los costes de terrenos, fundaciones, estructuras soporte y montaje son una parte creciente de los costes totales de las plantas solares de tierra. La invención que se plantea, en la medida que propone utilizar materiales poliméricos de bajo coste, creemos puede resultar competitiva en muchas ocasiones. Por otra parte, la posibilidad de orientar la superficie en doble eje y la de refrigerar las láminas solares para mantenerlas en temperaturas óptimas permiten asegurar unos niveles de rendimiento muy elevados. Desde el punto de vista de la irradiación, si bien es cierto que la humedad marina reduce la irradiación directa, también lo es que esta reducción afecta mucho menos a la irradiación global, que es la que permite, por ejemplo, la generación fotovoltaica. En resumen, una planta como la que se describe debe proporcionar rendimientos iguales o mejores que los de una planta equivalente en tierra con la misma superficie y material fotovoltaico.
Por otra parte, el sistema constructivo concebido permite la construcción industrializada y puesta en agua de módulos de tamaño considerable, reduciendo las operaciones de montaje en agua al mínimo.
En cuanto a la operación y mantenimiento, ésta se concibe de forma automática y remota, bastando unas cuantas visitas de mantenimiento preventivo al año. Aplicaciones adicionales de la invención a) Almacenamiento de fluidos en medio acuático
El almacenamiento de fluidos en medio acuático, utilizando materiales poliméricos, permite ahorrar al sustituir tanques o depósitos en la superficie terrestre por bolsas semirrígidas que, al estar sumergidas en agua de mar, deben soportar esfuerzos comparativamente mucho menores que los depósitos en tierra. Además de los menores esfuerzos derivados de la menor densidad aparente del fluido a almacenar, se ahorran los esfuerzos sísmicos o las cargas de nieve o viento. Los fluidos a almacenar pueden ser acuosos (p.e. agua desalada, agua potable), hidrocarburos (p.e. crudo, gasolina, nafta) u otros fluidos, como productos químicos. Naturalmente, el almacenamiento de fluidos potencialmente contaminantes requiere diseños y precauciones similares a las que deben considerarse en tierra, pero adaptadas a la naturaleza del medio (p.e. doble o triple capa de contención, con detectores de fugas en cada capa). En la Fig. 5 se muestra una sección típica de una realización preferente para esta aplicación, en la que se ve la bolsa principal (2) de almacenamiento de un fluido menos denso que el agua que en este caso se ha supuesto se desea almacenar entre dos aguas, a una cierta distancia de la superficie del agua (X), las bolsas laterales (20) para control de posibles roturas o desperfectos de la bolsa principal para evitar el vertido al mar o lago, y los amarres a los muertos (8) o anclajes situados en el fondo. En la Fig. 6 se muestra una sección de un conjunto de bolsas (2) que se mantienen ancladas gracias a un sistema de cables (80) o una red que las abraza y las conecta con las amarras a los muertos (8) o anclas del fondo. Las conexiones entre las bolsas para su llenado o vaciado y la transferencia del fluido hacia y desde las instalaciones en tierra donde se produce o consume corresponden a tecnología bien conocida que no se describe en esta invención. b) Protección de la superficie de embalses o lagos para limitar la evaporación o evitar su contaminación
En zonas donde el agua dulce es un bien escaso, a veces obtenida por desalación, y se almacena en estanques o embalses al aire libre, las pérdidas por evaporación pueden ser notables. Una problemática parecida se da en embalses de decantación de residuos mineros o industriales, donde se desean evitar las pérdidas por evaporación. En este caso un sistema como el que se describe puede ser fácil de implementar y económico, y limitar muy considerablemente estas pérdidas. En este caso, las uniones (deben ser continuas, para evitar la evaporación. c) Apoyo para superficies que no deban soportar pesos concentrados excesivos En lugares (p.e. islas montañosas) donde las superficies planas son virtualmente inexistentes, el sistema puede servir de soporte a una plataforma plana superior (p.e. construida también en materiales poliméricos) para crear una superficie plana amplia siempre que los requisitos de carga no sean excesivos, por ejemplo, para crear espacios recreativos o deportivos. Estos espacios pueden sumergirse con oleaje excesivo, o sencillamente cuando no se utilicen, para preservar la instalación. En la Fig. 7 se ilustra un ejemplo donde una superficie ligera y con cierta flexibilidad (9) se apoya en un conjunto de módulos similares a los descritos antes, compuestos en este caso por elementos de dos bolsas (21 ',22'), una llena de aire (A) y otra de agua (W) para mantenerse a una cierta altura sobre la superficie (X) del agua. El diseño de detalle es tal que, cuando no se utiliza, o cuando se pronostica viento u oleaje, el sistema se sumerge hasta una profundidad donde no se vea afectado por la acción del oleaje. d) Rompeolas artificial para limitar el oleaje alrededor de buques o plataformas fijas a las que deban amarrarse o abarloarse otras embarcaciones
Esta utilización puede ser muy conveniente alrededor de buques o plataformas dedicadas al "bunkering", especialmente al "bunkering" de Gas Natural Licuado, que tiene unos requisitos de oleaje más estrictos que el de combustibles líquidos. En la Fig. 8 se ilustra esta realización, donde las bolsas inferiores (21 ") llenas de agua (W) son mucho más voluminosas y pesadas que las bolsas superiores (22") de aire (A), puesto que se trata de que el conjunto absorba parte de la energía de las olas. El diseño específico dependerá evidentemente de las condiciones meta-oceánicas del lugar de instalación. En todo caso, el sistema debe sumergirse cuando las condiciones sean excesivamente adversas y se corra el riesgo de que resulte dañado por tensiones más allá de las de diseño. e) Como fotobiorreactor para cultivo de algas
Uno de los mayores componentes del coste del cultivo de algas, en especial las marinas, es el fotobiorreactor, que debe tener necesariamente una gran extensión para capturar la energía solar, base para la reacción de fotosíntesis. La utilización de una versión del invento para este fin permite construir un fotobiorreactor tanto sobre aguas tranquilas (lagos, grandes ríos) como sobre aguas abiertas (off-shore), siendo sumergible en este segundo caso durante periodos de mal tiempo. En la Fig. 9 se ilustra una realización con este concepto; por las bolsas superiores (22"')) circula el agua en la que crece el cultivo de algas, supuesto en este caso en proceso continuo; por las bolsas laterales (23"'), que se comunican (91 ) a intervalos con las bolsas superiores (22"'), circula aire (u otro gas, como p.e. C02) para regular la composición de los gases disueltos en el agua; las bolsas inferiores (21 "'), opcionales en este caso, pueden servir para dar estabilidad al conjunto. No se representan las tuberías flexibles (p.e. de polietileno) que se pueden añadir al conjunto para transportar nutrientes a lo largo del sistema de bolsas. El campo fotobiorreactor se completa necesariamente con una o más plataformas, situadas en el centro del campo o en alguno/s de sus lados, donde se ubican los mecanismos de bombeo para inmersión y emersión y los sistemas auxiliares del cultivo, y donde se recoge y, opcionalmente, se realiza un primer tratamiento de la corriente final de agua cargada de las algas cultivadas, de forma similar a lo expuesto para el campo fotovoltaico. La figura 10 ilustra el posicionamiento de una plataforma fija (7) en el centro del campo; en este caso, donde el seguimiento solar es menos crítico, el campo se plantea como fijo, y se puede amarrar al fondo directamente, además de amarrarse a la plataforma central, que a su vez queda amarrada al fondo o apoyada en este.

Claims

REIVINDICACIONES
1 .- Sistema polimérico flexible flotante modular de usos múltiples, entre ellos para dar soporte o realizar distintos tipos de instalaciones ligeras sobre el agua, caracterizado por estar integrado por una pluralidad de módulos, comprendiendo cada uno de ellos al menos dos bolsas de forma prismática alargada, de materiales poliméricos semirrígidos, resistentes al agua, unidas longitudinalmente entre sí, de los que la bolsa inferior contiene agua de las mismas características a aquella en la que flota el conjunto, y la superior aire u otro fluido de menor densidad que el agua de la bolsa inferior; con un sistema de control de flotación que permite la inmersión o emersión del conjunto mediante el llenado o vaciado de fluido de la bolsa superior; y en el que se disponen de elementos de unión con los que los módulos se asocian entre sí, y que se colocan de forma horizontal sobre la superficie del agua, pudiendo formar superficies extensas, de planta horizontal de formas diversas.
2.- Sistema según reivindicación 1 , caracterizado porque dispone de una tercera bolsa longitudinal sobre la bolsa superior y unida a ésta, de sección aproximadamente triangular y lado aproximadamente mitad de la anchura de la bolsa superior, y cuya cara superior, a la que se fija una superficie fotosensible generadora, puede inclinarse inflando o desinflando la bolsa triangular.
3. - Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dispone de un sistema para que el conjunto pueda girar en eje vertical para hacer un seguimiento de la trayectoria diaria del sol, mediante un sistema de cables o cadenas que se manejan desde cabrestantes ubicados en las plataformas fijas o bien mediante sistema de impulsión de hélices situadas en el perímetro.
4. - Sistema según las reivindicaciones anteriores caracterizado porque parte de los sistemas, mecanismos y aparatos auxiliares se ubican en una o más plataformas auxiliares no sumergibles.
5. - Sistema según la reivindicación 2 caracterizado porque por la bolsa de sección triangular, se hace circular aire u otro fluido,
6. - Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la parte superior de los elementos da soporte a una superficie generalmente plana, ligera y flexible.
7. - Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por incorporar bolsas longitudinales o tuberías flexibles para la distribución de fluidos.
8. - Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por incorporar un sistema de limpieza por rociado de agua dulce.
9. - Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque a todos o a algunos de los elementos se añade una plataforma longitudinal, fijada a la bolsa superior, para soporte de cables, tuberías o paso de personal o herramientas automatizadas de montaje o mantenimiento.
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