WO2019002644A1 - Sistema de fondeo y método de instalación de sistema de fondeo en fondo marino - Google Patents

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WO2019002644A1
WO2019002644A1 PCT/ES2018/070430 ES2018070430W WO2019002644A1 WO 2019002644 A1 WO2019002644 A1 WO 2019002644A1 ES 2018070430 W ES2018070430 W ES 2018070430W WO 2019002644 A1 WO2019002644 A1 WO 2019002644A1
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main structure
cables
seabed
anchoring
anchoring system
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PCT/ES2018/070430
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Amable LÓPEZ PIÑEIRO
Luis Ramón NÚÑEZ RIVAS
José Andrés SOMOLINOS SÁNCHEZ
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Universidad Politécnica de Madrid
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Definitions

  • the present invention belongs to the technical field of renewable energies, specifically to marine renewable energies, and more specifically to the auxiliary systems of anchoring and connection of energy of the devices of exploitation of marine renewable energies of first and second generation.
  • the invention relates in particular to an anchoring system with attachment means for the connection of the anchoring and towing wiring, fixing means to the seabed, and means for passing and securing power, signal and communication transmission wiring.
  • first generation systems which are those that support the seabed and are limited to depths of around 40 m
  • second generation necessary for depths greater than 40 m, with which the extension of the exploitation areas increases considerably, being able to cover the entire continental shelf.
  • the anchoring system which maintains it, with a certain flexibility, in a certain position, by means of cables or chains attached to anchors or anchoring bases that are fixed on the seabed. Additionally, it is necessary to connect power and signals, and communications composed of umbilical cables, which connect the device with others in the park or with a central station.
  • a particularly complex anchoring system is the adjustable single-point type.
  • there is an added problem that is the crossing of the anchor cables (which must be hooked very close to the bottom) with the power and signal connection cables, also called umbilicals.
  • the problem is complicated if there are two or more umbilical cables (which should be separated several meters) for the connection in series between the devices of a park of use of energy.
  • the present invention solves the problems existing in the state of the art by means of an anchoring system as described in claim 1.
  • This anchoring system integrates the anchoring operation by means of chains or anchoring cables with the fastening of electric power and signal cables, also called umbilicals.
  • This anchoring system consists of a main structure, which is divided into an upper part and a bottom part
  • the main structure has a plurality of joining means connectable to different anchoring cables, to towing and lowering cables, and to guide cables for electric power and signal transmission cables.
  • the main structure has fixing means to the seabed.
  • the main structure has in its interior at least one passage tube, configured for the passage and fastening of electric power and signal transmission cables.
  • the lower part of the main structure has several recesses, and the fixing means to the seabed are formed by refillable bags of concrete arranged in said recesses.
  • These fixing means by means of refillable bags of concrete are preferably used for hard marine floors, formed for example by gravel, stone or rock. In these funds the system is fixed by gravity.
  • the main structure will be preferably built in reinforced concrete with an external form of pyramid trunk to reduce forces horizontal and the scouring (dragging the bottom material) with a structure, formed by the cover, the four sides and two central beams that form a cross, leaving four hollows in the shape of a bell, that is, it does not close at the bottom.
  • Each of the bell-shaped recesses has a cylindrical inlet in the upper part, through which the handling of the float bags and the concrete filling is carried out.
  • the system is completed with several steel bolts placed in the center of the cover, for the hooking of the anchoring cables, four at the ends for transport and installation and two passages, quasi horizontal, placed inside the central longitudinal beam, intersecting without intersecting, through which pass the electric cables of power and signal transmission.
  • an alternative embodiment of the invention has fastening means formed by guide tubes configured for the introduction through its interior of piles and insertable slide pipes on the seabed .
  • a particular embodiment of the invention has a buoy configured to allow the crossing of cables.
  • This buoy is formed by an elongated central float, there being on each side of the central float a collateral piece of cable crossing, which has means of attachment to anchoring cables, and at least one through hole, for the passage of electrical cables of transmission of energy and signal, or umbilical cables.
  • This buoy solves the problem of the crossing of the anchoring cables with the umbilical cables. It consists of a support tube, surrounded by a float in the central part, which ends at both ends in pieces that include a through hole and two hook eye bolts, one located on the inside of the piece and one on the outside.
  • the section of the anchor cable that goes to the module is hooked to the inner eyebolt and the section that ascends towards the device in the outer eyebolt, passing the umbilical cable through the hole located between both eyebolts.
  • Another effect of the buoy is that, thanks to its buoyancy, it is not necessary to have cables with floats in the lower half. These floats are necessary so that each cable, when the speed of the current is low, adopts an S-shape and does not rub against the bottom.
  • the anchoring cables can be galvanized or synthetic-type steel cables, with the corresponding swivel and hook-on shackles at the ends.
  • Umbilical cables (which must be of a dynamic type, since they will be hanging), can have a uniform end-to-end section (from one device to the next or to the park's connection platform), which reduces their cost and , above all, simplifies its handling on board the cable ship.
  • This integrated anchoring system allows the operation in places with marine currents with an octograph (velocity plane) in an elliptical or loop shape, automatically orienting itself in the direction of the current.
  • octograph velocity plane
  • the present invention shows a method of installing the anchoring system as described in claim 1.
  • This method of installing the seafloor anchoring system has the following stages:
  • a main structure is manufactured on land.
  • mooring, towing and lowering cables are installed, as well as guide cables for electric power and signal transmission cables in the upper part of the main structure.
  • the main structure is then towed to the desired point by means of the towing and lowering cables, and said main structure is lowered to the seabed. Once the main structure is lowered, it is fixed to the seabed.
  • the electric cables for power and signal transmission are installed by means of the guide cables in at least one passage tube arranged inside the main structure.
  • bags are inflated with air arranged in recesses in the lower part of the main structure. Subsequently, once the main structure has been towed to the desired point, the bags will be deflated and filled with concrete, to fix the main structure to the seabed. This method is applicable mainly in hard marine soils, gravel, rocks or rock.
  • the system can be built on land by means of a support or slab mold, on a beach, dike or floating platform. Before being thrown or deposited in the water, they are placed (in each hole or bell) enveloping bags with inflatable floats inside, which provide the necessary buoyancy for transport. Also attached to the module are the anchor cables (in the center of the cover), the towing and lowering cables (at the 4 ends of the cover), the concrete guidance (in the 4 holes of the cover) and the guiding of the electric cables of power transmission and signal (crossing the pass pipes).
  • Each inflatable float has a hose of sufficient length for the emptying of the air (and its withdrawal), which rises to the surface of the water when the module has been placed on the bottom. All these cables and tubes are properly stowed in the module cover and have their free ends hooked in buoys so that they are on the surface when the module collapses. Once this preparation is complete, the module, being self-floating, can be easily dragged to the installation area with the help of a port tug.
  • the module When you arrive at the installation area, with the help of two tugs, the module is positioned and, deflating the floats and holding the four drop cables (two with each tug), you will let the module descend smoothly to the bottom, correcting the horizontal position (which can be measured with an underwater acoustic positioning system) by pulling the cables. For this operation it is convenient that the tugs have a dynamic positioning system.
  • the deflation ends floats (that are extracted through the holes of the covers pulling their hoses), remaining the enveloping bags and recover the floats and the transceiver of the acoustic system.
  • the system is fixed to the bottom, being able to loosen all the cables, except those of guide of the umbilicals.
  • it is hooked (on the surface) to one end of the guide and the other end is pulled, until, passing through the corresponding tube, the end of the umbilical appears again on the surface of the umbilical. sea.
  • the main structure is fixed to the seabed by the introduction of piles and sliding tubes through guide tubes arranged in the main structure and the insertion of these on the seabed.
  • the main structure can be built in steel instead of reinforced concrete and at its ends four vertical tubes will be placed on which sliding piles or the tubes of suction anchors can be fastened, adapting the fastening system to the bottom to the most suitable configuration for the environment.
  • the anchoring system of the present invention allows submerged or exit operations to be made to the surface, without crossing or twisting the cables. For example, when you want to rotate the device (typically with a reverse pendulum movement, to adapt to the change of direction of the sea currents), even with transverse currents (existing in areas with odipophy of elliptical currents), In a situation low-speed current, the anchor cables that are they connect to the module they are with a light tension and the rest of the cables in band, adopting the form of catenaries.
  • the module changing its shape and the relative positioning of the fastening eyebolts of the anchoring cables and the passage tubes of the umbilical cables can be adapted to different configurations of the park, for example by connecting a module to several devices or arranging several modules for a large device.
  • This flexibility of configuration allows the system to be used not only for devices for the use of second generation currents, but also for devices for harnessing wave energy, such as those of the point absorber or linear attenuator type and floating offshore wind turbines with SPAR platforms and semi-submersible, without forgetting the floating platforms of energy concentration within the park that typically have multipoint mounts (CALM) with catenaries, being able to increase the number of umbilical cables per module. Between the applications of this system they emphasize:
  • Wave-making devices of offshore type, especially those of the point absorber and linear attenuator type.
  • TECs ocean currents
  • CALM single point type
  • CALM multipoint
  • the system can be applicable to different anchoring configurations, being especially useful in the single point type (SALM) with an energetic connection, being able to adapt for the multipoint (CALM) using several main structure, especially for the integration of the power cables or signal to connect to the platform.
  • SALM single point type
  • CALM multipoint
  • the module object of the invention is designed so that: it can be built on land, installing most of the anchoring and connection systems, can float during transport, descend to the bottom in the place of operation without the need for ships of large support and facilitate the installation of the final elements with operations that can be performed from the surface, based on a system of "guide wires", with the occasional support of underwater robots (ROVs).
  • the anchoring system object of the present invention shows substantial differences with respect to the closest antecedent of the state of the art, since it uses cables instead of rigid arms and does not need the rotary connection system, reducing the costs of manufacturing, installation and maintenance based entirely on passive components.
  • the main advantage of the present anchoring system with respect to the state of the art is that it integrates the anchoring and connection systems for anchored devices in a single platform, facilitating the transfer and maintenance operations, significantly reducing the costs of capital, operation and maintenance and increasing the security of these operations.
  • Figure 1 shows a top perspective view of a particular embodiment of the anchoring system object of the invention adapted for use in hard bottoms.
  • Figure 2 represents a bottom perspective view of the system of Figure 1.
  • Figure 3 represents a side view of the system of Figures 1 and 2.
  • Figure 4 represents a cross-section of the system of Figures 1 to 3, showing the passage tubes for electric power and signal transmission cables.
  • Figure 5 represents a top perspective view of an alternative embodiment of the anchoring system adapted for use in soft bottoms.
  • Figure 6 represents a side view of a particular embodiment of the invention showing inflated bags for towing the system.
  • Figure 7 represents a plan view of a buoy included in a particular embodiment of the system object of the present invention.
  • Figure 8 represents a side view of an embodiment of the anchoring system arranged on the seabed with all the cables connected and carrying out the filling of the bags with concrete.
  • Figure 9 represents a side view of an embodiment of the anchoring system including the buoy of Figure 7.
  • Figure 10 represents a perspective view of a mooring system object of the present invention, connected to a multirotor device operating at high current speed, producing energy.
  • Figure 11 shows a view of the anchoring system and the multirotor device of Figure 10, in this case operating with low current speed.
  • Figure 12 shows a view of the anchoring system and the multirotor device of Figures 10 and 11, during a turning maneuver of the multirotor device, either to bring it to the surface or to change direction when the tide changes.
  • auxiliary eyebolts fixing means for towing and descending
  • An object of the present invention is an anchoring system, of the type used for the anchoring of devices for the use of marine renewable energies.
  • the anchoring system has a main structure 1 formed by an upper part and a lower part.
  • the upper part has joining means, such as the main eyebolts 8 and the auxiliary eyebolts 9, which are connectable to anchoring cables 20, to towing and lowering cables 19, and to guide cables 17, 18 for electrical power transmission cables and signal.
  • the lower part has fixing means to the seabed.
  • passage tube 7 configured for the passage and fastening of electric power and signal transmission cables, also called umbilical cables.
  • Figures 1 to 4 show a particular embodiment of the invention, in which the lower part of the main structure 1 has gaps 5, and the fixing means to the seabed comprise bags 1 1 arranged in the gaps 5. These bags 1 1 are refillable concrete to achieve the fixation of the main structure 1 to the seabed. These means of fixing by refillable bags of concrete are preferably used for hard marine floors.
  • the main structure 1 is made of reinforced concrete, and serves as the base for the anchoring and which is composed of a cover 2, four sides 3 and two beams 4 in the shape of a cross, which form four holes 5 in the bottom, in the shape of a bell.
  • Each of the bells has a cylindrical orifice or filler mouth 6 in the lid 2.
  • an alternative embodiment of the invention has fastening means formed by guide tubes 10 for introduction through its interior of piles and sliding tubes insertable on the seabed.
  • Figure 5 shows this alternative embodiment of the invention.
  • a particular embodiment of the invention has a buoy 12 configured to allow cables to cross.
  • This buoy 12 is formed by an elongated central float, there being on each side of the central float a cable crossing piece 13, having means for attaching to anchoring cables 15, 16, and at least one through hole 14, for the passage of electrical cables for power and signal transmission.
  • a further object of the present invention is a method of installing a anchoring system.
  • This method of installation of anchor system on the seabed has the following stages:
  • bags 11 arranged in holes 5 in the lower part of the main structure 1 will be inflated with air, to facilitate the towing of said structure Main 1. Subsequently, once the main structure 1 has been towed to the desired point, the bags 11 will be deflated and these will be filled with concrete by filling mouths 6, to fix the main structure 1 to the seabed.
  • This method is applicable mainly in hard marine soils.
  • the main structure 1 is made of reinforced concrete, and serves as the base for the anchoring and which is composed of a cover 2, four sides 3 and two beams 4 in the shape of a cross, which form four holes 5 in the bottom, in the shape of a bell.
  • Each of the bells has a cylindrical orifice or filler neck 6 in the lid 2.
  • the main structure 1 is completed with two passage tubes 7 for the passage and fastening of the umbilical cables which, without intersecting as shown in figure 4, cross inside the longitudinal beam and the main eyebolts 8 and the auxiliary eyebolts 9, for fastening the anchoring cables and installation maneuvers.
  • the main eyebolts 8 are located in a central area of the upper part of the main structure 1 while the auxiliary eyebolts 9 are located in areas far from said central zone in which the main eyebolts 8 are located.
  • each bell in each bell a wrapping bag 11 is placed and inside it another watertight one that, when inflated, provides an additional push for the transport of the module, floating and towed, to its position of location.
  • FIGs 7 and 9 show the differentiated elements for the case of an adjustable monopod anchoring using a special buoy 12 for crossing the cables.
  • each anchoring cable 20 is divided into two sections: the lower one that goes from a central eyebolt of the module 8 to an inner eyebolt of the buoy 16 and the upper one that goes from the outer eyebolt of the buoy 15 to the buoyard of the surface, in order to be hooked to the device.
  • each umbilical cable is similar.
  • Figure 9 shows the previous situation, with the module completely concreted and fixed to the bottom.
  • the umbilical cable would be hooked to the right end of the cable 18 and, pulling the other end would be forced to pass through the tube 7 and through the intern 14 of the buoy.
  • the usual protective elements (stiffeners) would be added.
  • FIG. 5 shows the arrangement of these guide tubes 10 in the case of a platform built in steel, with four guide tubes 10 through for the placement of piles or suction anchors.
  • the device can be hooked and, when all the cables are connected, proceed to immerse it (by means of its ballast system) being arranged for its operation and submerged maneuvers, as shown in figures 10 to 12.

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Abstract

La invención se refiere a un sistema de fondeo con medios de unión conectables a cables de fondeo (20), de remolque y bajada (19), y a cables guía (17, 18) de cables eléctricos de transmisión de energía y señal, y medios de fijación al fondo marino. El sistema tiene al menos un tubo de paso (7) en el interior para el paso y sujeción de cables eléctricos de transmisión de energía y señal. Adicionalmente la invención se refiere a un método de instalación de sistema de fondeo en fondo marino, donde se fabrica una estructura principal (1) en tierra y se instalan los cables necesarios, se remolca la estructura principal (1) hasta un punto deseado y se baja fijándola al fondo marino. Finalmente se colocan cables eléctricos de transmisión de energía y señal en al menos un tubo de paso (7) en el interior de la estructura principal (1).

Description

DESCRIPCIÓN
SISTEMA DE FONDEO Y MÉTODO DE INSTALACIÓN DE SISTEMA DE FONDEO
EN FONDO MARINO
Campo de la invención
La presente invención pertenece al campo técnico de las energías renovables, concretamente a las energías renovables marinas, y más concretamente a los sistemas auxiliares de fondeo y de conexión de energía de los dispositivos de aprovechamiento de energías renovables marinas de primera y segunda generación. La invención se refiere en particular a un sistema de fondeo con medios de unión para la conexión del cableado de fondeo y remolque, medios de fijación al fondo marino, y medios de paso y sujeción de cableado de transmisión de energía, señal y comunicaciones.
Antecedentes de la invención
En la actualidad son conocidos diferentes tipos sistemas para el aprovechamiento de energías renovables marinas, incluyendo los sistemas eólicos y los de aprovechamiento de energía de corrientes marinas y de las olas.
En el desarrollo de dispositivos para el aprovechamiento de las energías renovables marinas se está pasando de sistemas de primera generación, que son los que apoyan en el fondo marino y están limitados a profundidades de alrededor de 40 m, a los de segunda generación, necesarios para profundidades mayores de 40 m, con lo que la extensión de las zonas de explotación aumenta considerablemente, pudiendo abarcar la totalidad de la plataforma continental.
Esta evolución se está produciendo, tanto en los dispositivos de aprovechamiento de la energía eólica, como en los que captan la energía de las corrientes y de las olas. En todos estos casos hay que disponer de dos sistemas que conectan el dispositivo con el fondo marino:
En primer lugar, el sistema de fondeo, que lo mantiene, con una cierta flexibilidad, en una posición determinada, por medio de cables o cadenas unidos a anclas o bases de fondeo que están fijas en el fondo marino. Adicionalmente es necesario un sistema de conexión de energía y señales, y comunicaciones compuesto por cables umbilicales, que conectan el dispositivo con otros del parque o con una estación central.
En la actualidad, estos dos sistemas suelen ser independientes, compartiendo sólo el uso del fondo marino y que ambos sistemas están conectados al dispositivo de aprovechamiento de energía, aunque en puntos distintos. Por ello, se necesitan elementos de fijación al fondo distintos y, sobre todo, procesos de instalación separados, lo que complica y encarece los procedimientos de montaje, mantenimiento y eliminación.
Algunos de los sistemas de aprovechamiento de energía eólica de segunda generación y sistemas de fondeo que utilizan están descritos en los documentos ES228441 1 B2, ES234131 1 B2, ES2367616B2 y ES2461440B2.
Un sistema de fondeo de especial complejidad es el del tipo monopunto orientable. En este caso, hay un problema añadido que es el del cruce de los cables de fondeo (que deben estar enganchados muy próximos en el fondo) con los cables de conexión de energía y señales, también llamados umbilicales. El problema se complica si hay dos o más cables umbilicales (que conviene que estén separados varios metros) para la conexión en serie entre los dispositivos de un parque de aprovechamiento de energía.
Como antecedente más próximo a esta invención, se encuentra el sistema de fondeo del TEC Tritón de la compañía TidalStream Ltd, que, utiliza como base de fondeo una plataforma por gravedad con un sistema de conexión especial y unos brazos rígidos entre la base y la estructura principal del dispositivo que soporta los generadores. Este diseño está protegido por la solicitud de patente WO2012153107A1. Este sistema presenta las desventajas de necesitar los brazos rígidos y un sistema de conexión rotatoria, lo cual eleva los costes de fabricación, instalación y mantenimiento.
Es por tanto deseable un sistema de fondeo para sistemas de aprovechamiento de energías renovables marinas que proporcione de forma simultánea y eficiente el fondeo de los dispositivos, y la conexión de energía y señales, evitando los inconvenientes de la metodología anterior existente en el estado de la técnica. Descripción de la invención
La presente invención resuelve los problemas existentes en el estado de la técnica mediante un sistema de fondeo como el descrito en la reivindicación 1.
Este sistema de fondeo integra la operación de fondeo mediante cadenas o cables de fondeo con la sujeción de los cables eléctricos de energía y señal, también llamados umbilicales Este sistema de fondeo está formado por una estructura principal, que está dividida en una parte superior y una parte inferior.
En la parte superior la estructura principal tiene una pluralidad de medios de unión conectables a diferentes cables de fondeo, a cables de remolque y bajada, y a cables guía para cables eléctricos de transmisión de energía y señal.
En la parte inferior la estructura principal tiene medios de fijación al fondo marino.
La estructura principal tiene dispuesto en su interior al menos un tubo de paso, configurado para el paso y sujeción de cables eléctricos de transmisión de energía y señal.
Preferentemente, existirán varios tubos de paso separados para el paso y sujeción de diferentes cables eléctricos de transmisión de energía y señal cuando éstos tengan que estar separados, evitando de esta forma que los cables contacten entre sí.
De acuerdo con una realización particular de la invención, la parte inferior de la estructura principal tiene varios huecos, y los medios de fijación al fondo marino están formados por bolsas rellenables de hormigón dispuestas en dichos huecos. Estos medios de fijación mediante bolsas rellenables de hormigón se utilizan preferentemente para suelos marinos duros, formados por ejemplo por grava, piedra o roca. En estos fondos el sistema se fija por gravedad.
En este caso, la estructura principal estará construida preferentemente en hormigón armado con una forma exterior de tronco de pirámide para reducir las fuerzas horizontales y el scouring (arrastre del material del fondo) con una estructura, formada por la tapa, los cuatro laterales y dos vigas centrales que forman una cruz, dejando cuatro huecos con forma de campana, es decir que no se cierra por el fondo. Cada uno de los huecos con forma de campana dispone de una boca de entrada de forma cilindrica en la parte superior, a través de la cual se realiza el manejo de las bolsas flotadores y el relleno de hormigón. El sistema se completa con varios cáncamos de acero puestos en el centro de la tapa, para el enganche de los cables de fondeo, cuatro en los extremos para el transporte e instalación y dos tubos de paso, cuasi horizontales, colocados en el interior de la viga central longitudinal, que se cruzan sin intersectar, por los que pasan los cables eléctricos de transmisión de energía y señal.
En cambio, para suelos marinos blandos, como por ejemplo arena, limo o arcilla, una realización alternativa de la invención tiene medios de fijación formados por tubos guía configurados para la introducción a través de su interior de pilotes y tubos deslizantes insertables en el fondo marino.
Una realización particular de la invención tiene una boya configurada para permitir el cruce de cables. Esta boya está formada por un flotador central alargado, existiendo a cada lado del flotador central una pieza colateral de cruce de cables, que tiene medios de unión a cables de fondeo, y al menos un orificio de paso, para el paso de cables eléctricos de transmisión de energía y señal, o cables umbilicales. Esta boya resuelve el problema del cruce de los cables de fondeo con los cables umbilicales. Está compuesta por un tubo soporte, rodeado de un flotador en la parte central, que termina en sus dos extremos en piezas que incluyen un orificio pasante y dos cáncamos de enganche, uno situado en la parte interior de la pieza y otro en la exterior.
En cada extremo de la boya, el tramo del cable de fondeo que va al módulo, se engancha al cáncamo interior y el tramo que asciende hacia el dispositivo en el cáncamo exterior, pasando el cable umbilical por el orificio situado entre ambos cáncamos. De esta forma, se logra fijar el cruce entre el sistema de fondeo y el de exportación de energía de forma controlada, sin que rocen unos cables en otros. Otro efecto de la boya, es que, gracias a su flotabilidad, no es necesario disponer de cables con flotadores en la mitad inferior. Estos flotadores son necesarios para que cada cable, cuando la velocidad de la corriente es baja, adopte una forma de S y que no roce con el fondo. Los cables de fondeo pueden ser cables de acero galvanizados o de tipo sintético, con los correspondientes grilletes giratorios y de enganche en los extremos. Los cables umbilicales (que tienen que ser de tipo dinámico, dado que van a estar colgando), pueden tener una sección uniforme de extremo a extremo (de un dispositivo al siguiente o hasta la plataforma de conexión del parque) lo que reduce su coste y, sobre todo, simplifica su manejo a bordo del buque cablero.
Este sistema integrado de fondeo, permite la operación en lugares con corrientes maréales con odógrafa (plano de velocidades) de forma elíptica o de lazo, orientándose automáticamente en la dirección de la corriente.
Adicionalmente, la presente invención muestra un método de instalación del sistema de fondeo como el descrito en la reivindicación 1.
Este método de instalación del sistema de fondeo en fondo marino presenta las siguientes etapas:
En primer lugar, se fabrica una estructura principal en tierra.
A continuación, se instalan cables de fondeo, remolque y bajada, así como cables guía para cables eléctricos de transmisión de energía y señal en la parte superior de la estructura principal.
Después se remolca a flote la estructura principal hasta el punto deseado mediante los cables de remolque y bajada, y se baja dicha estructura principal hasta el fondo marino. Una vez bajada la estructura principal se fija ésta al fondo marino.
Por último, se instala mediante los cables guía los cables eléctricos de transmisión de energía y señal, es decir, los cables umbilicales, en al menos un tubo de paso dispuesto en el interior de la estructura principal. De acuerdo con una realización particular del método objeto de la invención, previamente al remolque de la estructura principal, se inflan con aire unas bolsas dispuestas en unos huecos en la parte inferior de la estructura principal. Posteriormente, una vez la estructura principal ha sido remolcada hasta el punto deseado, se desinflarán las bolsas y se rellenarán éstas de hormigón, para fijar la estructura principal al fondo marino. Este método es aplicable principalmente en suelos marinos duros, de grava, piedras o roca.
En este caso, el sistema se puede construir en tierra por medio de un soporte o molde de forjado, en una playa, dique o plataforma flotante. Antes de ser lanzado o depositado en el agua, se colocan (en cada hueco o campana) sendas bolsas envolventes con flotadores inflables en su interior, que le proporcionan la flotabilidad necesaria para el transporte. También se enganchan en el módulo los cables de fondeo (en el centro de la tapa), los cables de remolque y bajada (en los 4 extremos de la tapa), los de guiado de hormigonado (en los 4 huecos de la tapa) y los de guiado de los cables eléctricos de transmisión de energía y señal (atravesando los tubos de paso).
Cada flotador inflable dispone de una manguera de longitud suficiente para el vaciado del aire (y su retirada), que sube hasta la superficie del agua cuando se ha colocado el módulo en el fondo. Todos estos cables y tubos se estiban adecuadamente en la tapa del módulo y tienen sus extremos libres enganchados en boyarines para que queden en la superficie cuando se hunda el módulo. Terminada esta preparación, el módulo, al ser autoflotante, puede ser arrastrado fácilmente hasta la zona de instalación con la ayuda de un remolcador de puerto.
Cuando se llega a la zona de instalación, con la ayuda de dos remolcadores, se posiciona el módulo y, desinflando los flotadores y sujetando los cuatro cables de bajada (dos con cada remolcador), se va dejando descender suavemente el módulo hasta el fondo, corrigiendo la posición horizontal (que puede ser medida con un sistema de posicionamiento acústico submarino) tirando de los cables. Para esta operación conviene que los remolcadores dispongan de un sistema de posicionamiento dinámico. Una vez situada la estructura principal en el fondo, se terminan de desinflar los flotadores (que se extraen a través de los huecos de las tapas tirando de sus mangueras), permaneciendo las bolsas envolventes y se recuperan los flotadores y el transceptor del sistema acústico. A continuación, con la ayuda de los cables de guiado de hormigonado (colocados en los orificios de las tapas) se baja una manguera con la que se rellenan las bolsas envolventes con una mezcla (cemento, arena y grava), que al entrar en contacto con el agua, se va fraguando. De esta forma se logra que el peso del módulo aumente y que su base se adapte a la forma del fondo.
Tras estas operaciones el sistema queda fijado al fondo, pudiendo soltarse todos los cables, salvo los de guía de los umbilicales. Cuando se desea instalar uno de los cables umbilicales, se engancha (en la superficie) a un extremo del de guiado y se tira del otro extremo, hasta que, pasando por el tubo correspondiente, aparece de nuevo el extremo del umbilical en la superficie del mar.
Alternativamente, para suelos marinos blandos, por ejemplo de arena, limo o arcilla, existe una realización alternativa del método, en el que la estructura principal se fija al fondo marino mediante la introducción de pilotes y tubos deslizantes a través de unos tubos guía dispuestos en la estructura principal y la inserción de éstos en el fondo marino. En este caso, la estructura principal puede construirse en acero en lugar de hormigón armado y en sus extremos se colocarán cuatro tubos verticales sobre los que se pueden sujetar pilotes deslizables o los tubos de anclas de succión, adaptándose el sistema de sujeción al fondo a la configuración más adecuada para el entorno.
Diseñando cada tramo de cables con una longitud adecuada a la profundidad del lugar de instalación, el sistema de fondeo de la presente invención permite que se hagan las operaciones sumergidas o de salida a la superficie, sin que se crucen o retuerzan los cables. Por ejemplo, cuando se desea girar el dispositivo (típicamente con un movimiento de péndulo inverso, para adaptarse al cambio de sentido de las corrientes maréales), aún con corrientes transversales (existentes en zonas con odógrafa de corrientes de tipo elíptico), En una situación de baja velocidad de la corriente, los cables de fondeo que se conectan al módulo quedan con una ligera tensión y el resto de los cables en banda, adoptando forma de catenarias. En la situación de operación del dispositivo produciendo energía (cuando aumenta la velocidad de la corriente y, por lo tanto, son muy fuertes las fuerzas horizontales), todos los cables de fondeo se ponen tensos y, al estar sus puntos de enganche en el sistema muy próximos, el dispositivo se alinea de forma natural con la dirección de la corriente. Los cables umbilicales siguen estando en banda con lo que se limitan sus esfuerzos de tracción.
En el caso de fondeo monopunto orientable, tras la fabricación en tierra de la estructura principal, se conectan todos los cables de fondeo a la boya y a la estructura principal, haciendo pasar el cable guía de cada cable umbilical por su tubo horizontal y por el orificio del extremo de la boya que le corresponde. La boya se transporta encima del módulo y cuando este se sumerge, se separa, quedando flotando en una profundidad intermedia.
En otro aspecto de la invención, el módulo cambiando su forma y la colocación relativa de los cáncamos de sujeción de los cables de fondeo y los tubos de paso de los cables umbilicales, puede adaptarse a distintas configuraciones del parque, por ejemplo conectando un módulo a varios dispositivos o disponiendo varios módulos para un dispositivo de grandes dimensiones.
Esta flexibilidad de configuración permite que el sistema pueda ser empleado no sólo para dispositivos de aprovechamiento de las corrientes de segunda generación, sino también para dispositivos de aprovechamiento de energía de las olas, como los de tipo absorbedor puntual o atenuador lineal y eólicos offshore flotantes con plataformas SPAR y semi-sumergibles, sin olvidar las plataformas flotantes de concentración de energía dentro del parque que típicamente tienen fondeos multipunto (CALM) con catenarias, pudiendo aumentarse el número de cables umbilicales por módulo. Entre las aplicaciones de este sistema destacan:
Plataformas flotantes eólicas tanto TLP como semi-sumergibles o SPAR.
Dispositivos de aprovechamiento de las olas (WECs) de tipo offshore, especialmente los de tipo absorbedor puntual y atenuador lineal.
Dispositivos para el aprovechamiento de las corrientes marinas (TECs) de 2a y 3a generación (flotantes y pelágicos). El sistema puede ser aplicable a distintas configuraciones de fondeo, siendo especialmente útil en los de tipo monopunto (SALM) con una conexión energética, pudiendo adaptarse para los multipunto (CALM) utilizando varias estructura principales, especialmente para la integración de los cables de energía o señal que se conecten a la plataforma.
El módulo objeto de la invención está diseñado para que: se pueda construir en tierra, instalando la mayor parte de los sistemas de fondeo y de conexionado, pueda flotar durante el transporte, descender hasta el fondo en el lugar de operación sin la necesidad de buques de apoyo de gran tamaño y facilite la instalación de los elementos finales con operaciones que se puedan realizar desde la superficie, en base a un sistema de "cables guía", con el apoyo puntual de robots submarinos (ROVs). El sistema de fondeo objeto de la presente invención muestra diferencias sustanciales con respecto al antecedente más próximo del estado de la técnica, dado que utiliza cables en lugar de brazos rígidos y no necesita el sistema de conexión rotatoria, reduciendo los costes de fabricación, instalación y mantenimiento al basarse totalmente en componentes pasivos.
La ventaja principal del presente sistema de fondeo con respecto al estado de la técnica es que integra los sistemas de fondeo y de conexión para dispositivos fondeados en una única plataforma, facilitando las operaciones de traslado y mantenimiento, reduciendo significativamente los costes de capital, operación y mantenimiento y aumentando la seguridad de estas operaciones.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, para facilitar la comprensión de la invención, a modo ilustrativo pero no limitativo se describirá una realización de la invención que hace referencia a una serie de figuras.
La figura 1 muestra una vista en perspectiva superior de una realización particular del sistema de fondeo objeto de la invención adaptado para su uso en fondos duros. La figura 2 representa una vista en perspectiva inferior del sistema de la figura 1. La figura 3 representa una vista lateral del sistema de las figuras 1 y 2.
La figura 4 representa una sección transversal del sistema de las figuras 1 a 3, que muestra los tubos de paso para los cables eléctricos de transmisión de energía y señal.
La figura 5 representa una vista en perspectiva superior de una realización alternativa del sistema de fondeo adaptado para su uso en fondos blandos.
La figura 6 representa una vista lateral de una realización particular de la invención que muestra unas bolsas infladas para el remolcado del sistema.
La figura 7 representa una vista en planta de una boya incluida en una realización particular del sistema objeto de la presente invención.
La figura 8 representa una vista lateral de una realización del sistema de fondeo dispuesto en el fondo marino con todos los cables conectados y realizándose el relleno de las bolsas con hormigón.
La figura 9 representa una vista lateral de una realización del sistema de fondeo que incluye la boya de la figura 7.
La figura 10 representa una vista en perspectiva de un sistema de fondeo objeto de la presente invención, conectado a un dispositivo multirotor operando con alta velocidad de la corriente, produciendo energía.
La figura 11 representa una vista del sistema de fondeo y el dispositivo multirotor de la figura 10, en este caso operando con baja velocidad de la corriente.
La figura 12 representa una vista del sistema de fondeo y el dispositivo multirotor de las figuras 10 y 1 1 , durante una maniobra de giro del dispositivo multirotor, bien para sacarlo a la superficie o para cambiarlo de sentido cuando cambia la marea.
En estas figuras se hace referencia a un conjunto de elementos que son: 1. estructura principal del sistema de fondeo
2. tapa de la estructura principal
3. laterales de la estructura principal
4. viga longitudinal de la estructura principal
5. huecos de la estructura principal
6. bocas para el llenado de las bolsas
7. tubos de paso en el interior de la estructura principal
8. cáncamos principales (medios de fijación para fondeo)
9. cáncamos auxiliares (medios de fijación para remolque y bajada)
10. tubos guía
1 1. bolsas inflables y rellenables
12. boya
13. pieza de cruce de cables
14. orificio de paso de cables eléctricos de transmisión de energía y señal
15. cáncamo exterior
16. cáncamo interior
17. primer cable guía de cables eléctricos de transmisión de energía y señal
18. segundo cable guía de cables eléctricos de transmisión de energía y señal
19. cables de remolque y bajada
20. cables de fondeo
21. cables guía relleno
22. tubo llenado hormigón
Descripción detallada de la invención
Un objeto de la presente invención es un sistema de fondeo, del tipo de los utilizados para el fondeo de dispositivos de aprovechamiento de energías renovables marinas.
Tal y como muestran las figuras, el sistema de fondeo presenta una estructura principal 1 formada por una parte superior y una parte inferior.
La parte superior tiene medios de unión, como son los cáncamos principales 8 y los cáncamos auxiliares 9, que son conectables a cables de fondeo 20, a cables de remolque y bajada 19, y a cables guía 17, 18 para cables eléctricos de transmisión de energía y señal. La parte inferior dispone de medios de fijación al fondo marino.
En el interior de la estructura principal 1 existe al menos un tubo de paso 7 configurado para el paso y sujeción de cables eléctricos de transmisión de energía y señal, también llamados cables umbilicales.
Preferentemente, existirán dos o más tubos de paso 7 separados para el paso y sujeción de diferentes cables eléctricos de transmisión de energía y señal cuando éstos tengan que estar separados, evitando de esta forma que los cables contacten entre sí.
Las figuras 1 a 4 muestran una realización particular de la invención, en la que la parte inferior de la estructura principal 1 presenta unos huecos 5, y los medios de fijación al fondo marino comprenden unas bolsas 1 1 dispuestas en los huecos 5. Estas bolsas 1 1 son rellenables de hormigón para conseguir la fijación de la estructura principal 1 al fondo marino. Estos medios de fijación mediante bolsasH rellenables de hormigón se utilizan preferentemente para suelos marinos duros.
De acuerdo con esta realización, la estructura principal 1 está realizada en hormigón armado, y sirve de base para el fondeo y que está compuesta por una tapa 2, cuatro laterales 3 y dos vigas 4 en forma de cruz, que conforman cuatro huecos 5 en el fondo, con forma de campana. Cada una de las campanas tiene un orificio cilindrico o boca de llenado 6 en la tapa 2. En cambio, para suelos marinos blandos, una realización alternativa de la invención tiene medios de fijación formados por tubos guía 10 para la introducción a través de su interior de pilotes y tubos deslizantes insertables en el fondo marino. La figura 5 muestra esta realización alternativa de la invención.
Una realización particular de la invención tiene una boya 12 configurada para permitir el cruce de cables. Esta boya 12 está formada por un flotador central alargado, existiendo a cada lado del flotador central una pieza de cruce de cables 13, que tiene medios de unión a cables de fondeo 15, 16, y al menos un orificio de paso 14, para el paso de cables eléctricos de transmisión de energía y señal. Un objeto adicional de la presente invención es un método de instalación de un sistema de fondeo.
Este método de instalación de sistema de fondeo en fondo marino presenta las siguientes etapas:
En primer lugar, fabricar una estructura principal 1 en tierra, e instalar cables de fondeo 20 y de remolque y bajada 19, así como cables guía 17, 18 para cables eléctricos de transmisión de energía y señal en la parte superior de la estructura principal 1.
A continuación, remolcar a flote la estructura principal 1 hasta el punto deseado mediante los cables de remolque y bajada 19, y bajar dicha estructura principal 1 hasta el fondo marino. Una vez bajada la estructura principal 1 se fija ésta al fondo marino. Por último, instalar mediante los cables guía 17, 18 los cables eléctricos de transmisión de energía y señal en al menos un tubo de paso 7, preferentemente dos o más, dispuestos en el interior de la estructura principal 1.
De acuerdo con una realización particular del método objeto de la invención, previamente a remolcar la estructura principal 1 , se inflarán con aire unas bolsas 11 dispuestas en unos huecos 5 en la parte inferior de la estructura principal 1 , para facilitar el remolcado de dicha estructura principal 1. Posteriormente, una vez la estructura principal 1 ha sido remolcada hasta el punto deseado, se desinflarán las bolsas 11 y se rellenarán éstas de hormigón mediante unas bocas de llenado 6, para fijar la estructura principal 1 al fondo marino. Este método es aplicable principalmente en suelos marinos duros.
De acuerdo con esta realización, la estructura principal 1 está realizada en hormigón armado, y sirve de base para el fondeo y que está compuesta por una tapa 2, cuatro laterales 3 y dos vigas 4 en forma de cruz, que conforman cuatro huecos 5 en el fondo, con forma de campana. Cada una de las campanas tiene un orificio cilindrico o boca de llenado 6 en la tapa 2.
La estructura principal 1 se completa con dos tubos de paso 7 para el paso y sujeción de los cables umbilicales que, sin intersectar tal como se ve en la figura 4, se cruzan en el interior de la viga longitudinal y los cáncamos principales 8 y los cáncamos auxiliares 9, para la sujeción de los cables de fondeo y maniobras de instalación.
Los cáncamos principales 8 están ubicados en una zona central de la parte superior de la estructura principal 1 mientras que los cáncamos auxiliares 9 están ubicados en unas zonas alejadas de dicha zona central en la que se encuentran los cáncamos principales 8.
Tal y como se observa en la figura 6, en cada campana se coloca una bolsa envolvente 11 y en su interior otra estanca que, al inflarse, proporciona un empuje adicional para el transporte del módulo, flotando y remolcado, hasta su posición de emplazamiento.
Cuando se llega al punto de colocación, basta con desinflar parcialmente las bolsas 11 y sujetando los cables de bajada 19 con los chigres de dos remolcadores se baja suavemente el módulo 1 hasta el fondo. Entonces se desinflan totalmente las bolsas y se sacan de las campanas. Seguidamente se baja un tubo de llenado de hormigón 22, con la ayuda del cable guía 21 , con lo que queda en la situación de la figura 8. Tras rellenarse las bolsas de hormigón y fraguar éste, la base queda fijada al fondo, procediéndose a retirar los cables de bajada 19 y de guiado 21 , quedando lista la base para la instalación del dispositivo y de los cables umbilicales.
Para instalar los cables umbilicales se engancha uno en un extremo del cable guía 17 y tirando del otro extremo del cable guía 17 se le hace pasar por el tubo 7, con lo que queda con un extremo del cable guía 17 en la superficie, procediéndose a instalar el resto del cable umbilical en el fondo.
Para el otro cable umbilical parejo, se hace de forma inversa, de manera que el final del cable umbilical que viene por el fondo se engancha a un extremo del otro cable guía 18 parejo, con lo que pasa por el otro tubo 7 y queda en la superficie. Para enganchar el dispositivo, basta con tomar los extremos de los cables de fondeo 20 que han permanecido en la superficie.
En las figuras 7 y 9 se han representado los elementos diferenciados para el caso de un fondeo monopunto orientable que utiliza una boya 12 especial para el cruce de los cables. En este caso, cada cable de fondeo 20 está dividido en dos tramos: el inferior que va desde un cáncamo central del módulo 8 hasta un cáncamo interior de la boya 16 y el superior que va desde el cáncamo exterior de la boya 15 hasta el boyarín de la superficie, para poder ser enganchado al dispositivo.
En este caso, la instalación de cada cable umbilical es similar. En la figura 9 se representa la situación previa, con el módulo totalmente hormigonado y fijado al fondo. Por ejemplo, el cable umbilical se engancharía al extremo de la derecha del cable 18 y, tirando del otro extremo se le obligaría a pasar por el tubo 7 y por la pasante 14 de la boya. Una vez en posición, en cada extremo del tubo y en la pasante se le añadirían los elementos (stiffeners) de protección habituales.
Alternativamente, para suelos marinos blandos, existe una realización alternativa del método, en el que la estructura principal 1 se fija al fondo marino mediante la introducción de pilotes y tubos deslizantes a través de unos tubos guía 10 dispuestos en la estructura principal 1 y la inserción de éstos en el fondo marino. En la figura 5 se puede apreciar la disposición de estos tubos guía 10 en el caso de una plataforma construida en acero, siendo cuatro tubos guía 10 pasantes para la colocación de pilotes o anclas de succión.
Una vez fijado al fondo el sistema de fondeo y retirados los cables guía (antes o después de montar los cables umbilicales), se puede proceder al enganche del dispositivo y, cuando están todos los cables conectados, proceder a su inmersión (por medio de su sistema de lastrado) quedando dispuesto para su operación y maniobras sumergido, tal como se muestra en las figuras 10 a 12.
Puede apreciarse que, gracias al diseño del sistema y de sus procedimientos de instalación, se pueden realizar en momentos distintos: el traslado e inmersión del módulo (con sólo dos remolcadores de puerto de bajo coste), el relleno del mismo con hormigón (con un buque específico), la colocación de los cables umbilicales (con buques cableros) y la conexión del dispositivo de aprovechamiento de la energía (con su sistema propio de montaje), lo que facilita la planificación de la instalación del parque. Una vez descrita de forma clara la invención, se hace constar que las realizaciones particulares anteriormente descritas son susceptibles de modificaciones de detalle siempre que no alteren el principio fundamental y la esencia de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Sistema de fondeo, que comprende:
- una estructura principal (1) que comprende una parte superior y una parte inferior, - una pluralidad de medios de unión conectables a cables de fondeo (20), a cables de remolque y bajada (19), y a cables guía (17, 18) de cables eléctricos de transmisión de energía y señal dispuestos en la parte superior de la estructura principal (1),
- medios de fijación dispuestos en la parte inferior de la estructura principal (1); donde dichos medios de fijación están configurados para inmovilizar la estructura principal (1) a un fondo marino;
- y al menos un tubo de paso (7) dispuesto en el interior de la estructura principal (1) configurado para el paso y sujeción de cables eléctricos de transmisión de energía y señal;
caracterizado por que comprende una boya (12) que comprende a su vez un flotador central alargado y unas piezas colaterales (13); donde cada una de las piezas colaterales (13) comprende:
- una pluralidad de medios de unión a cables de fondeo (20),
- y al menos un orificio de paso (14) para el paso de los cables guía (17, 18) de cables eléctricos de transmisión de energía y señal.
2. Sistema de fondeo, según reivindicación 1 , caracterizado por que:
- la parte inferior de la estructura principal (1) comprende una pluralidad de huecos
(5),
- y por que los medios de fijación comprenden una pluralidad de bolsas (11) dispuestas en los huecos (5) de la parte inferior de la estructura principal (1), las cuales están configuradas para rellenarse de hormigón una vez que la estructura principal (1) está apoyada en el fondo marino.
3. Sistema de fondeo, según reivindicación 1 , caracterizado por que los medios de fijación comprenden unos tubos guía (10) solidarios a la estructura principal (1), unos pilotes y unos tubos deslizantes; donde dichos tubos guía (10) están configurados para introducir por su espacio interior los pilotes y los tubos deslizantes; y donde los pilotes y los tubos deslizantes están configurados para insertarse en el fondo marino.
4. Sistema de fondeo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la estructura principal (1) está realizada en hormigón armado.
5. Sistema de fondeo, según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado por que la estructura principal (1) está realizada en acero.
6. Sistema de fondeo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de unión conectables a los cables (17, 18,19,20) comprenden cáncamos principales (8) y cáncamos auxiliares (9); donde los cáncamos principales (8) están ubicados en una zona central de la parte superior de la estructura principal (1); y donde los cáncamos auxiliares (9) están ubicados en unas zonas alejadas de dicha zona central en la que se encuentran los cáncamos principales (8).
7. Método de instalación del sistema de fondeo descrito en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende las etapas:
- fabricar la estructura principal (1) en tierra,
- instalar los cables de fondeo (20), los cables de remolque y bajada (19) y los cables guía (17, 18) de los cables eléctricos de transmisión de energía y señal en la parte superior de la estructura principal (1),
- inflar con aire la pluralidad de bolsas (11) dispuestas en los huecos (5) en la parte inferior de la estructura principal (1); donde dicho inflado se realiza previamente a remolcar la estructura principal (1);
- remolcar a flote la estructura principal (1) hasta un punto deseado mediante los cables de remolque y bajada (19),
- desinflar las bolsas (1 1) una vez la estructura principal (1) ha sido remolcada,
- bajar la estructura principal (1) mediante los cables de remolque y bajada (19) hasta el fondo marino,
- fijar la estructura principal (1) al fondo marino,
- colocar los cables eléctricos de transmisión de energía y señal en los tubos de paso (7) dispuestos en el interior de la estructura principal (1) mediante los cables guía (17, 18); donde uno de los cables eléctricos engancha en un extremo del cable guía (17) y tirando del otro extremo del cable guía (17) se le hace pasar por el tubo (7), con lo que queda con un extremo del cable guía (17) en la superficie del agua, procediéndose a instalar el resto del cable eléctrico en el fondo marino; y donde un extremo del otro cable eléctrico ubicado en el fondo marino se engancha a un extremo del otro cable guía (18), con lo que pasa por otro tubo de paso (7) y se ubica en la superficie del agua.
8. Método de instalación del sistema de fondeo, según la reivindicación 7, caracterizado por que comprende la etapa:
- llenar de hormigón las bolsas (11) para inmovilizar dicha estructura principal (1) al fondo marino cuando dicha estructura principal (1) ya está ubicada sobre el fondo marino.
9. Método de instalación del sistema de fondeo, según la reivindicación 7, caracterizado por que la estructura principal (1) se fija al fondo marino mediante la introducción de los pilotes y los tubos deslizantes a través de los tubos guía (10) dispuestos en la estructura principal (1); donde los pilotes y los tubos deslizantes se insertan en el fondo marino.
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