WO2020201605A1 - Procedimiento de instalación de un aerogenerador de torre mar adentro - Google Patents

Procedimiento de instalación de un aerogenerador de torre mar adentro Download PDF

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WO2020201605A1
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foundation
floating system
wind turbine
auxiliary floating
main space
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PCT/ES2020/070224
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José Salustiano Serna García-Conde
Carlos GARCÍA ACÓN
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Esteyco S.A.
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Definitions

  • the present invention relates to a method of installing a tower marine wind turbine, where said tower preferably comprises a foundation with a substantially flat lower slab.
  • the technical field of application of the invention refers, therefore, to the field of renewable energies and, more specifically, the techniques of installation of offshore generation structures (or, in general, offshore in any other aquatic environment) , also designated as "offshore".
  • the invention is especially suitable in wind farms close to the coast or of low draft, commonly known as "near-shore”.
  • foundations based on open compartments are also known, such as those of the foundations described in patent ES2593263B1.
  • Said foundation is a concrete self-transporting gravity structure that can be anchored without the need for auxiliary elements (such as boats, floats, etc.).
  • auxiliary elements such as boats, floats, etc.
  • its complexity is high and requires a horizontal ring-shaped slab, which adds excessive construction steps in its manufacturing process. Again, this added complexity and weight make this type of foundations not suitable for offshore wind farms with a large number of towers, or for installation regions near the coast (near-shore).
  • ballasting process is not reversible, or not at least without the use of complex techniques.
  • the present invention makes it possible to solve this need, thanks to a novel installation procedure for a marine tower wind turbine, and to a wind turbine obtained by said procedure.
  • the present invention aims to provide a wind turbine installation procedure that is especially suitable for low draft or near-shore areas.
  • Said object of the invention is preferably carried out by means of an offshore wind turbine installation procedure, of the type comprising a wind turbine and a tower shaft, where the wind turbine is also equipped with a foundation comprising a lower slab and a perimeter wall arranged on said lower slab, such that said foundation acts as a support base for the wind turbine on the seabed, and where the interior enclosure delimited by the lower slab and the perimeter wall forms a main space open at the top, said foundation adapted for the admission of ballast material and where, in the absence of said ballast material, the wind turbine or its foundation is floating or self-floating.
  • the method comprises carrying out the following steps: a) the foundation is built dry;
  • said foundation is floated; c) said foundation is transported in a floating or self-floating way, to the vicinity of a work dock;
  • ballast material is introduced into the main space of the foundation; d2) before or after step d1), the depth of the foundation is increased until it rests on a support ground on the seabed, in a mounting position near said work dock where, at the moment in that the foundation rests on said terrain, the upper level of the perimeter wall remains above the water level, without the water overflowing from the outside of the foundation into its main space;
  • the foundation is coupled to an auxiliary floating system, in such a way that said foundation and said auxiliary floating system become substantially integral in at least altered, balanced and pitching, the assembly of said foundation and said auxiliary floating system forming a transport unit, where the auxiliary floating system comprises:
  • - vertical connection means adapted to vertically connect the foundation and the auxiliary floating system and that allow transmitting vertical forces between them;
  • - ascent / descent means adapted to vary, in a controlled manner, the elevation or vertical position of the foundation
  • the transport unit is transported in a floating or self-floating way, until it is located on a definitive installation point on the seabed;
  • ballast material is introduced into the main space of the foundation;
  • k2) the ascent / descent means are acted upon to reduce the height or height of the foundation in a controlled manner, until it is supported on the seabed at the point of installation, maintaining at all times a positive freeboard of the auxiliary floating system;
  • the auxiliary floating system is transported for its recovery and / or reuse.
  • the foundation of the wind turbine comprises one or more of the following elements:
  • the lower slab and / or the perimeter wall are watertight, or
  • the lower slab and / or the perimeter wall comprise auxiliary ballast material intake points, optionally equipped with filling valves.
  • the water level exceeds the upper level of the perimeter wall with at least half the volume of the main space of the foundation occupied by ballast material introduced during step k1 ).
  • step k1) the entry of ballast material is allowed into the main space of the foundation, through one or more auxiliary points of admission of said ballast material, arranged in the lower slab and / or in the perimeter wall, until the ballast material occupies at least half the volume of the main space of the foundation.
  • the auxiliary floating system supports the weight of the foundation with positive freeboard, the main space of the foundation being completely filled with ballast material.
  • the auxiliary floating system in the transport unit, has a freeboard higher than the freeboard of the perimeter wall of the foundation.
  • the process comprises, after step i), one or more of the following steps:
  • any element of the wind turbine is protected with one or more anti-scour means.
  • the method comprises:
  • step c) the step:
  • the foundation is assembled in a dry dock area, where said dry dock area has a water intake gate configured to regulate the degree of flooding of the dry dock and, during stage b), said gate is opened to flood the dry dock area keeping the upper level of the perimeter wall of the foundation above the water level, so that the water does not overflow from the outside of the foundation into its main space;
  • step d) and / or step k1) of the process the main space of the foundation is filled with ballast material with water and / or by gravity.
  • the foundation comprises one or more lateral projections and a prestressing system adapted to apply a pretensioning force to press the auxiliary floating system against said lateral projections of the foundation.
  • the lateral projections are preferably an extension of the lower slab beyond the outer face of the perimeter wall of the foundation.
  • the advantage of this configuration is that, by pressing the foundation against the auxiliary floating system, the relative lateral movements between them are limited.
  • the contact surfaces between said The projections and the auxiliary floating system may comprise means to enhance friction, or gear-like elements or projections on one surface that engage the other. Additionally, by pretensioning, the variations in force received by the cables of the lifting / lowering means during transport in particular are reduced, and thus their fatigue (that of the cables and the lifting means themselves) is reduced.
  • the ascent / descent means comprise:
  • step k2) the foundation is lowered by regulating the length of said suspension cables, in such a way that the relative elevation between the foundation and the auxiliary floating system varies as the foundation progressively descends until it reaches the bottom;
  • - adjustable floating means adapted to modify the degree of subsidence of the foundation and / or the transport unit.
  • the ascent / descent means comprise:
  • connection can be made, preferably, by means of horizontal pins that come out of the auxiliary floating system and penetrate into a hole in the perimeter wall, so that said floating system and the foundation are coupled and uncoupled by removing or inserting those pins;
  • ballast system in the floating system, which allows you to regulate the ballast on your hull;
  • step k2 the foundation is lowered by regulating the ballast in the auxiliary floating system to increase the draft of the set in such a way that the auxiliary floating system and the foundation descend together without changing their relative elevation until the foundation rests on the background,
  • auxiliary floating system has a sufficient height to be able to submerge together with the foundation, maintaining a positive freeboard at all times.
  • the latter can be reached, optionally, by means of columns that protrude from the deck of the auxiliary floating system, such that the deck of the same can become submerged, but the columns keep sticking out.
  • the area of the columns in that case must be sufficient to provide sufficient stability to the assembly when the deck of the floating system has been submerged.
  • the auxiliary floating system remains substantially in the same position with respect to the water level.
  • the auxiliary floating system has a ring structure, which completely surrounds the foundation, and which is hinged to be able to open and close to couple it and uncouple it from the foundation.
  • the auxiliary floating system has a buoyancy area and a freeboard such that, during step k2), the auxiliary floating system can support the weight of the wind turbine and the foundation partially submerged and with the main enclosure totally full of ballast, maintaining a positive freeboard.
  • the final installation point on the seabed has a depth of less than 15 m.
  • the present invention relates to a wind turbine installed by means of a method according to any of the embodiments described herein.
  • Figure 1 shows a general profile view of a marine wind turbine, suitable for installation using the method of the invention.
  • Figures 2a-2b show, respectively, a profile and plan view of the foundation of the wind turbine of the invention, in a preferred embodiment thereof.
  • Figure 3 shows a stage of manufacture of the foundation of the dry dock wind turbine, with the help of a crane adapted for this purpose.
  • Figure 4a shows a manufacturing step of a plurality of wind turbine foundations according to the present invention, arranged in a dry dock area in different degrees of execution of their assembly.
  • Figure 4b shows a later stage of flooding of the dry dock.
  • Figure 5 shows a stage of installation of the wind turbine of the wind turbine on the tower shaft and the foundation, according to a preferred embodiment of the invention.
  • Figure 6 shows a perspective view of the transport unit formed by the foundation of the wind turbine and the auxiliary floating system.
  • Figures 7a-7c show two possible embodiments of a boat type auxiliary floating system with a "U" shape (7a) or a ring shape (7b-7c).
  • Figures 8a-8d show different stages of anchoring the wind turbine at its final installation point, relying on the auxiliary floating system during said anchoring.
  • FIGS. 9a-9b show a stage of filling the main space of the foundation with a ballast material of the granular type, also covered with a layer of rocks. List of numerical references of the figures:
  • Figure 1 shows a general profile view of a marine wind turbine (1) suitable for installation by the method of the invention.
  • Said wind turbine (1) preferably comprises a wind turbine (1 ') at its upper end and a tower shaft (1 ") in its central region.
  • the wind turbine (1) has a foundation (2) comprising, in turn, a lower slab (3), preferably watertight and with a substantially horizontal shape, and a perimeter wall (4), also preferably watertight.
  • ballast (7) configured to house a volume of material (be it water, sand, gravel, etc.) that modifies the buoyancy of the assembly to facilitate the anchoring operations of the wind turbine (1 ) until reaching the seabed (5).
  • said wind turbine is preferably self-floating.
  • the main space (6) of the foundation of the invention is a partially or totally open space in its upper region, adapted to admit or remove ballast (7) in different stages of the installation and / or transport procedure of the wind turbine (1).
  • auxiliary ballast entry or exit points (8, 8 ') in other regions of the foundation. Said entry / exit points (8, 8 ') will be used, preferably, as water accesses to the main space (6) of the foundation (1), intended for anchoring it. More preferably, said accesses will be regulated by valves or similar passage control means.
  • the foundation (2) of the wind turbine (1) of the invention preferably comprises a plurality of struts (9) or struts that support the tower shaft (1 ") or connected to a pedestal (2 ' ) bottom of the foundation itself (2), intended to reinforce the structure of the whole.
  • the main space (6) of the foundation (2) may have one or more separation partitions (10), intended to reinforce its structural integrity, preferably radial.
  • the wind turbine (1) described here is especially intended for installation in shallow water or marine environments, preferably at bottom depths (5) of less than 15 meters.
  • the set consisting of the turbine (1 '), shaft (1 ”) and foundation (2) is light compared to other offshore wind turbines intended for installation at greater depths (greater than 15 meters).
  • the use of a foundation (2) that is open at the top is essential, so that the total mass is reduced and the draft of the floating assembly is always kept at acceptable limits above the sea / aquatic bottom (5) in the assembly, transport or installation stages in which the wind turbine (1) is afloat.
  • the wind turbine installation has a foundation manufacturing phase (2), which is preferably carried out dry, with its lower slab (3) resting on the ground (11).
  • Said foundation will be, more preferably, a foundation totally or partially made of concrete, by means of the techniques usually used in the manufacturing processes of structures with this material.
  • Figures 3 and 4 of this document show different stages of this phase, where it can be seen how the foundation (2) is assembled in a dry dock area (12), with the help of a crane (13) adapted to the effect. ( Figure 3).
  • the specific method of assembling the elements of the foundation (2) is not an essential part of the invention, so any techniques known in the state of the art can be used for this.
  • Figure 4a shows a plurality of foundations (2) according to the present invention, arranged in a dry dock area in different degrees of execution of their assembly.
  • the dry dock area (12) has a gate (14) or similar means for admitting water, designed to regulate the degree of flooding of the dry dock (12).
  • the gate (14) opens, allowing the water to progressively flood the dam (12), until the thrust produced by the incoming water volume sets the foundation (by itself). 2) afloat ( Figure 4b).
  • the upper level of its perimeter wall (4) remains above the water level (15), thus ensuring that the water does not overflow from the outside of the foundation (2) towards the interior of its main space (6).
  • the foundation (2) Once the foundation (2) is completely assembled and afloat (after the controlled flooding of the working dry dock (12), as described in the previous lines), it can be transported or towed by water, floating. or self-floating (that is, either because it floats assisted by some auxiliary floating element, or because the wind turbine itself (1) is capable of floating by itself), to a second area in the vicinity of a work dock (16) ( Figure 5). At that point, and in order to assemble the remaining elements of the wind turbine (1) (that is, the shaft (1 ") and the turbine (1 ')) on the foundation (2), it is necessary to support said foundation again (2) on the bottom (5).
  • ballast material (7) (preferably water) will be introduced into the main space (6) of the foundation (2), for example by filling said space (6) with hydraulic pumps or similar means, or by the opening of the auxiliary filling points (8, 8 '), if used.
  • the main space (6) of the foundation (2) will be flooded progressively and in a controlled manner, until it rests on the bottom (5), maintaining the stability and horizontality of the whole.
  • tidal variations can be used to anchor the foundation (2).
  • the upper level of the perimeter wall (4) remains above the water level again.
  • the remaining elements of the wind turbine (1) will be installed, as shown in Figure 5.
  • This will include , therefore, the assembly of the tower shaft (1 ”) on the foundation (2) (preferably, on its pedestal (2 ')) and, later, the installation of the wind turbine (including its blades) as a final step of this phase.
  • the installation of these elements is carried out with the help of a crane (13) and similar auxiliary equipment.
  • the specific procedure for mounting the shaft (1 ”) and the turbine (T) is not, in itself itself, an essential part of the present invention, being able to use for this any procedures or tools known in the state of the art.
  • the auxiliary floating system (17) preferably comprises one or more vertical connection means (19) that can vertically connect said foundation (2) and said auxiliary floating system (17) and that allow the transmission of vertical forces between them.
  • the vertical connection means (19) comprise a plurality of cables that run from the floating system (17) to the foundation (2), when it is supported on the bottom (5).
  • any other known vertical connection means can also be used within the scope of the invention.
  • the vertical connection means (19) are connected at evenly distributed points on the foundation (2).
  • the floating system (17) also comprises one or more ascent or descent means (20), which allow the elevation or vertical position of the foundation (2) to be varied in a controlled manner.
  • said ascent / descent means (20) comprise cranes, hydraulic jacks, or similar devices selected from those known in the state of the art.
  • FIGS 7a and 7b-7c show two possible embodiments of an auxiliary floating system (17) of the boat type with a “U” shape ( Figure 7a) or in a ring shape ( Figures 7b-7c).
  • auxiliary floating systems (17) within the scope of the invention, their specific embodiment not being, therefore, an essential element of it.
  • the joint configuration phase of the auxiliary floating system (17) and of the foundation (2) that leads to the transport unit (18) is preferably carried out as follows: first, the means (19 ) of vertical connection to the foundation (2), this being supported on the bottom (5). Second, an upward vertical force is applied to the foundation (2) by the ascent / descent means (20) of the auxiliary floating system (17), maintaining the stability of said foundation (2) by controlling the position thereof, through the vertical connection means (19). Said force is applied until the upper level of the perimeter wall (4) of the foundation (2) is again above the water level (15), subsequently remaining until the definitive anchoring of the wind turbine (1) in its place of operation.
  • the ballast (7) inside the main space of the foundation (2) is reduced , for example by means of hydraulic pumps, thus contributing with this emptying to the buoyancy of the assembly that forms the transport unit (18) (preferably, the reduction of ballast (7) will be carried out until the foundation (2) is completely emptied, although without limitation to other types of scenarios in which a partial emptying is carried out).
  • the relative position of the foundation (2) and of the auxiliary floating system (17) is fixed through the vertical connection means (19), jointly in at least altered, rocking and pitching, maintaining the unit transport (18) afloat.
  • said unit (18) After completing the joint configuration of the transport unit (18) as described in the previous paragraph, said unit (18) will be towed or transported by water, floating or self-floating, until it is located on its final installation point (21) on the seabed (5) / aquatic (this situation is illustrated in Figure 8a of this document). Transportation can be carried out both by self-propelled means (for example, said means being included in the auxiliary floating system (17)), as well as by tugboats.
  • the foundation (2) and the auxiliary floating system (17) will be uncoupled again in a joint manner in the transport unit (18) and the final anchoring of the foundation ( 2) at the bottom (5) sea / water.
  • a first step illustrated by Figure 8b
  • the main space (6) is filled with ballast material (7) of the foundation (2), using pumps or controlling the opening of the water intake points (8, 8 '), flooding the foundation (2) through its submerged region.
  • the ascent / descent means (20) of the auxiliary floating system (17) are acted upon, in order to reduce the height or height of the foundation (2) ( Figure 8c), until it is supported on the marine / aquatic bottom (5), maintaining at all times a positive freeboard of said auxiliary floating system (17) ( Figure 8d).
  • the wind turbine assembly (1) will be resting on the bottom (5), at its final installation point (21).
  • the floating auxiliary system (17) is definitively uncoupled from the foundation (2), following one or more of the following steps: In a first step, the ascent / descent means (20) of the auxiliary floating system (17) are acted upon, to reduce and / or cancel the vertical forces supported by the vertical connection means (19). In a second step, said vertical connection means (19) are disconnected from the foundation (2). And, in a third step, the auxiliary floating system (17) is towed for its recovery and / or reuse in other installation operations (for example, to install multiple wind turbines (1) in the same offshore wind farm).
  • ballast material (7) of a granular type for example, sand or gravel
  • the granular material can be covered with a surface layer of rocks, as a superior protection.
  • the shaft (1 ) of the wind turbine tower with water and / or with solid ballast, at least up to the level of the water level (15).
  • the foundation (2) or any other submerged part of the wind turbine (1) can also be protected with anti-scour elements such as rock, sand, seeds, tires or other similar protection elements.

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Abstract

La invención se refiere a un procedimiento de instalación de un aerogenerador (1) de torre marino (o, generalmente, acuático), donde dicha torre comprende, ventajosamente, una cimentación (2) abierta superiormente y equipada con una losa inferior (3) sustancialmente plana y un muro perimetral (4). El procedimiento comprende, en diferentes etapas del mismo, la introducción o reducción de material de lastre (7) en el espacio principal (6) de la cimentación (2) y donde, en ausencia de dicho material de lastre (7), el aerogenerador (1) o la cimentación (2) es flotante o autoflotante. El procedimiento de la invención está especialmente indicado para la instalación de aerogeneradores (1) en zonas de bajo calado (o "near-shore"), preferentemente inferiores a 15 m.

Description

DESCRIPCIÓN
PROCEDIMIENTO DE INSTALACIÓN DE UN AEROGENERADOR DE TORRE MAR
ADENTRO
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un procedimiento de instalación de un aerogenerador marino de torre, donde dicha torre comprende preferentemente una cimentación con una losa inferior sustancialmente plana. El campo técnico de aplicación de la invención se refiere, por tanto, al ámbito de las energías renovables y, más concretamente, de las técnicas de instalación de estructuras de generación mar adentro (o, en general, aguas adentro en cualquier otro entorno acuático), también designadas como “offshore”. La invención resulta especialmente adecuada en parques eólicos cercanos a la costa o de bajo calado, conocidos habitualmente como “near-shore”.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la actualidad, son conocidos los procedimientos de instalación de aerogeneradores marinos de torre en medios marinos de profundidades moderadas o altas (entendidas éstas como las superiores a 15 metros), como por ejemplo el descrito en la solicitud de patente WO0134977A. En dicho procedimiento, se dispone una cimentación metálica o de hormigón cuyo interior es estanco, y una torre de aerogenerador sobre la citada cimentación. La flotabilidad del conjunto del aerogenerador es regulable, por medio de bombas que permiten introducir o sacar volumen de agua en el espacio interior de dicha cimentación y/o de la torre. Ello permite, en diferentes fases del proceso, que la cimentación pueda ser fondeada provisionalmente (aumentando su volumen de lastre) para instalar la turbina sobre la torre y que, posteriormente, dicho lastre sea evacuado con las bombas, poniendo el conjunto a flote de nuevo. En esta condición, un barco de transporte puede ser acoplado de forma solidaria a la torre, y desplazarse hasta el punto de instalación definitiva en alta mar. Para dicha instalación, se vuelve a bombear agua al interior de la cimentación, lo que hace que el conjunto se hunda hasta alcanzar el lecho marino.
Si bien este tipo de procedimientos permiten regular de forma eficiente la flotabilidad del conjunto de la torre durante las diferentes etapas de montaje de la turbina e instalación a profundidades superiores a 15 metros, poseen severas limitaciones cuando se aplican a operaciones near-shore, como consecuencia de la complejidad de su cimentación y de los sistemas de lastre. Ello se debe a que la construcción de una cimentación estanca (necesaria para profundidades altas) requiere grandes cantidades de material, para garantizar que dicha cimentación es estanca, lo que obliga generalmente a instalar una losa superior que cubre los espacios de admisión de lastre. El mayor peso correspondiente implica calados que hacen imposible el traslado e instalación de la cimentación en zonas de escasa profundidad, limitando por ello la aplicabilidad de las soluciones en casos near-shore. Asimismo, el uso de bombas y sistemas de admisión, válvulas, etc. en este tipo de tecnologías complica los procesos de instalación, tanto a nivel operativo como por el mayor riesgo de avería que comportan durante las etapas de lastrado y deslastrado de la cimentación o de la torre. Ello hace que este tipo de tecnologías de instalación resulten poco adecuados para parques eólicos offshore o near-shore con un número elevado de torres.
Asimismo, con relación a las técnicas de lastre de cimentaciones de torres offshore, son también conocidas las cimentaciones basadas en compartimentos abiertos (también conocidos como celdas), tales como los de la cimentación descrita en la patente ES2593263B1. Dicha cimentación es una estructura de gravedad autotransportable de hormigón, que puede fondearse sin necesidad de elementos auxiliares (tales como barcos, flotadores, etc.). No obstante, su complejidad es elevada y precisa de una losa horizontal en forma de anillo, que añade etapas constructivas excesivas en su proceso de fabricación. De nuevo, esta complejidad y peso añadidos hacen que este tipo de cimentaciones no resulten adecuadas para parques eólicos offshore con un gran número de torres, o para regiones de instalación cercanas a la costa (near-shore). Además, su proceso de lastrado no es reversible, o no al menos sin el uso de técnicas complejas.
Finalmente, con relación a las técnicas específicas de transporte de las cimentaciones referidas, son conocidos los sistemas de transporte basados en barcos equipados con gatos de izado/fondeo, como por ejemplo el buque de transporte descrito en la patente ES2607428B1. Dicho buque consta de una estructura flotante en forma de“U”, y una pluralidad de gatos de izado (o “jacks”) dispuestos como medios de elevación o descenso de la cimentación o de la torre. No obstante, el uso específico de dichos barcos de transporte en operaciones cercanas a puerto o a la costa, para su aplicación a parques eólicos de tipo near- shore, no ha sido reportada hasta la fecha en el estado de la técnica.
A la luz de las anteriores limitaciones y problemas técnicos se hace necesario, por tanto, proporcionar nuevos procedimientos de instalación de aerogeneradores marinos de torre de tipo near-shore (esto es, preferentemente en profundidades inferiores a 15 metros) y que permitan realizar de forma más eficiente las etapas de montaje del aerogenerador sobre la torre, así como las relativas al transporte del conjunto formado por la torre y el aerogenerador hasta su punto de fondeo definitivo mar adentro.
La presente invención permite resolver dicha necesidad, gracias a un novedoso procedimiento de instalación de un aerogenerador marino de torre, y a un aerogenerador obtenido mediante dicho procedimiento.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN
Para resolver los inconvenientes del estado de la técnica anteriormente descritos, la presente invención tiene por objeto proporcionar un procedimiento de instalación de aerogeneradores que resulta especialmente indicado para zonas de bajo calado, o near-shore.
Dicho objeto de la invención se realiza, preferentemente, mediante un procedimiento de instalación de un aerogenerador mar adentro, del tipo que comprende una turbina eólica y un fuste de torre, donde el aerogenerador está equipado, asimismo, con una cimentación que comprende una losa inferior y un muro perimetral dispuesto sobre dicha losa inferior, de forma que dicha cimentación hace de base de apoyo del aerogenerador sobre el fondo marino, y donde el recinto interior delimitado por la losa inferior y el muro perimetral conforma un espacio principal abierto superiormente, estando dicha cimentación adaptada para la admisión de material de lastre y donde, en ausencia de dicho material de lastre el aerogenerador o su cimentación es flotante o autoflotante.
Ventajosamente, el procedimiento comprende la realización de las siguientes etapas: a) se construye en seco la cimentación;
b) se pone a flote dicha cimentación; c) se transporta de forma flotante o autoflotante dicha cimentación, hasta las proximidades de un muelle de trabajo;
d1) se introduce material de lastre en el espacio principal de la cimentación; d2) antes o después del paso d1), se aumenta el calado de la cimentación hasta que ésta queda apoyada en un terreno de apoyo sobre el fondo marino, en una posición de montaje en las proximidades de dicho muelle de trabajo donde, en el momento en que la cimentación se apoya en dicho terreno, el nivel superior del muro perimetral permanece por encima del nivel del agua, sin que el agua rebose superiormente desde el exterior de la cimentación hacia el interior de su espacio principal;
e) se monta sobre la cimentación al menos parte del fuste de torre y el aerogenerador, empleando para ello una grúa dispuesta en el muelle de trabajo;
f) mientras la cimentación permanece apoyada en la posición de montaje sobre el terreno de apoyo, se acopla la cimentación a un sistema flotante auxiliar, de tal modo que dicha cimentación y dicho sistema flotante auxiliar pasan a ser sustancialmente solidarios en al menos alteada, balanceo y cabeceo, formando el conjunto de dicha cimentación y dicho sistema flotante auxiliar una unidad de transporte, donde sistema flotante auxiliar comprende:
- medios de conexión vertical, adaptados para conectar verticalmente la cimentación y el sistema flotante auxiliar y que permiten transmitir fuerzas verticales entre ambos;
- medios de ascenso/descenso adaptados para variar, de forma controlada, la cota o posición vertical de la cimentación;
g) se aplica, a través de los medios de ascenso/descenso, una fuerza vertical ascendente sobre dicha cimentación y una fuerza vertical descendente sobre dicho sistema flotante auxiliar, de tal modo que al menos parte del peso de la cimentación y/o el aerogenerador queda suspendido de dicho sistema flotante auxilian
h) se reduce el material de lastre del espacio principal de la cimentación;
i) se pone la unidad de transporte a flote;
j) se transporta la unidad de transporte de forma flotante o autoflotante, hasta situarse sobre un punto de instalación definitivo en el fondo marino;
k) se apoya la cimentación en el fondo marino, sobre punto de instalación definitivo, siguiendo para ello los siguientes pasos en cualquier orden o simultáneamente:
k1) se introduce material de lastre en el espacio principal de la cimentación; k2) se actúa sobre los medios de ascenso/descenso para reducir controladamente la altura o cota de la cimentación, hasta que ésta queda apoyada sobre el fondo marino en el punto de instalación, manteniendo en todo momento un francobordo positivo del sistema flotante auxiliar;
L) se desacopla el sistema flotante auxiliar de la cimentación, siguiendo para ello uno o más de los siguientes pasos:
11) se actúa sobre los medios de ascenso/descenso para reducir y/o anular las fuerzas verticales soportadas por los medios de conexión vertical;
12) se desconectan los medios de conexión vertical de la cimentación;
m) se transporta el sistema flotante auxiliar para su recuperación y/o reutilización.
En una realización preferente de la invención, la cimentación del aerogenerador comprende uno o más de los siguientes elementos:
- un pedestal inferior para el apoyo del fuste de torre;
- una pluralidad de puntales o jabalcones de apoyo del fuste de torre, o conectados a un pedestal de la propia cimentación;
- uno o más tabiques de separación dispuestos en el interior del espacio principal de la cimentación.
En otra realización preferente de la invención:
- la losa inferior y/o el muro perimetral son estancos, o
- la losa inferior y/o el muro perimetral comprenden puntos auxiliares de admisión de material de lastre, opcionalmente equipados con válvulas de llenado.
En otra realización preferente de la invención, durante el paso k2), el nivel del agua rebasa el nivel superior del muro perimetral con, al menos, la mitad del volumen del espacio principal de la cimentación ocupada por material de lastre introducido durante el paso k1).
En otra realización preferente de la invención, en el paso k1), se permite la entrada de material de lastre al interior del espacio principal de la cimentación, a través de uno o más puntos auxiliares de admisión de dicho material de lastre, dispuestos en la losa inferior y/o en el muro perimetral, hasta que el material de lastre ocupa, al menos, la mitad del volumen del espacio principal de la cimentación.
En otra realización preferente de la invención, durante el paso k2), el sistema flotante auxiliar soporta el peso de la cimentación con francobordo positivo, estando el espacio principal de la cimentación totalmente lleno de material de lastre. En otra realización preferente de la invención, en la unidad de transporte, el sistema flotante auxiliar posee un francobordo superior al francobordo del muro perimetral de la cimentación.
En otra realización preferente de la invención el procedimiento comprende, posteriormente a la etapa i), una o más de las siguientes etapas:
n) se rellena al menos parte del espacio principal de la cimentación con material de lastre sólido, dispuesto a través de la abertura superior de dicha cimentación;
o) se protege cualquiera de los elementos el aerogenerador con uno o más medios anti-socavación.
En otra realización preferente de la invención, el procedimiento comprende:
- antes de la etapa c), la etapa:
p) se ensambla la cimentación en una zona de dique seco, donde dicha zona de dique seco posee una compuerta de admisión de agua configurada para regular el grado de inundación del dique seco y, durante la etapa b), se abre dicha compuerta para inundar la zona de dique seco manteniendo el nivel superior del muro perimetral de la cimentación por encima del nivel del agua, de forma que el agua no rebosa superiormente desde el exterior de la cimentación hacia el interior de su espacio principal; y/o
- después de la etapa e) y antes de la etapa j), la etapa:
q) se realiza una o más operaciones de puesta en marcha y/o control de funcionamiento del aerogenerador.
En otra realización preferente de la invención, en la etapa d) y/o el paso k1) del procedimiento, el llenado con material de lastre del espacio principal de la cimentación se realiza con agua y/o por gravedad.
En otra realización preferente de la invención, la cimentación comprende uno o más salientes laterales y un sistema de pretensado adaptado para aplicar una fuerza de pretensado para apretar el sistema flotante auxiliar contra dichos salientes laterales de la cimentación. Los salientes laterales son preferentemente una prolongación de la losa inferior más allá de la cara exterior del muro perimetral de la cimentación. La ventaja de esta configuración es que, al apretar la cimentación contra el sistema flotante auxiliar, se limitan los movimentos laterales relativos entre ambos. Para favorecer dicho acoplamiento en horizontal, la superficies de contacto entre dichos salientes y el sistema flotante auxiliar puede comprender medios para potenciar el rozamiento, o elementos tipo engranaje o resaltos en una superficie que encajan en la otra. Adicionalmente, al pretensar, se reducen las variaciones de fuerza que reciben los cables de los medios de ascenso/descenso durante el transporte en particular, y de ese modo se reduce su fatiga (la de los cables y los propios medioa de elevación).
En otra realización preferente de la invención, los medios de ascenso/descenso comprenden:
- al menos tres gatos o grúas de elevación dispuestos en el sistema flotante auxiliar, que comprenden cables de suspensión cuyo extremo inferior se conectan a la cimentación(2);
y donde, en el paso k2), se desciende la cimentación regulando la longitud de dichos cables de suspensión, de tal modo que la cota relativa entre la cimentación y el sistema flotante auxiliar varía conforme la cimentación desciende progresivamente hasta alcanzar el fondo;
- medios flotantes regulables, adaptados para modificar el grado de hundimiento de la cimentación y/o de la unidad de transporte.
En otra realización preferente de la invención, los medios de ascenso/descenso comprenden:
una conexión fija entre el sistema flotante auxiliar y la cimentación, que no permite que la cota relativa entre ambos elementos varíe. Dicha conexión puede hacerse, preferentemente, mediante pasadores horizontales que salen del sistema flotante auxiliar y penetran en un orificio del muro perimetral, de modo que dicho sistema flotante y la cimentación se acoplan y desacoplan sacando o metiendo esos pasadores;
Un sistema de lastre en el sistema flotante, que permite regular el lastre en su casco;
y donde en el paso k2) se desciende la cimentación regulando el lastre en el sistema flotante auxiliar para aumentar el calado del conjunto de tal modo que el sistema flotante auxiliar y la cimentación descienden conjuntamente sin variar su cota relativa hasta que la cimentación apoya en el fondo,
y donde el sistema flotante auxiliar tiene una altura suficiente para poder sumergirse junto con la cimentación manteniendo en todo momento un francobordo positivo. En emplazamientos de profundidad elevada, este último se puede alcanzar, opcionalmente, meiante columnas que sobresalen de la cubierta del sistema flotante auxiliar, tal modo que la cubierta del mismo pueda llegar a sumergirse, pero las columnas siguen sobresaliendo. El área de las columnas en ese caso debe ser suficiente para proporcionar suficiente estabilidad al conjunto cuando la cubierta del sistema flotante se haya sumergido.
En otra realización preferente de la invención, durante el paso k2) del procedimiento, el sistema flotante auxiliar permanece, sustancialmente, en la misma posición respecto al nivel del agua.
En otra realización preferente de la invención, el sistema flotante auxiliar posee una estructura de anillo, que rodea por completo la cimentación, y que es articulado para poderse abrir y cerrar para acoplarlo y desacoplarlo de la cimentación. Al rodear por completo la cimentación, puede incrementar el francobordo efectivo de la misma, evitando de ese modo el riesgo de entrada de agua en particular durante el transporte.
En otra realización preferente de la invención, el sistema flotante auxiliar posee un área de flotación y un francobordo tales que, durante el paso k2), el sistema flotante auxiliar puede soportar el peso del aerogenerador y la cimentación parcialmente sumergida y con el recinto principal totalmente lleno de lastre, manteniendo un francobordo positivo.
En otra realización preferente de la invención, el punto de instalación definitivo en el fondo marino posee una profundidad inferior a 15 m.
En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un aerogenerador instalado mediante un procedimiento según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento.
Las realizaciones anteriores no han de entenderse como limitativas del ámbito de protección de la invención, comprendiendo dicho ámbito cualquier combinación técnicamente posible de las mismas, siempre que éstas no resulten mutuamente excluyentes. Asimismo, si bien el presente documento se referirá, generalmente, a la instalación de aerogeneradores en el medio marino, la invención ha de entenderse igualmente aplicable o referida a cualquier otro medio de tipo acuático.
La expresión“sustancialmente”, aplicada a cualquiera de los términos empleados en el presente documento, se entenderá como idéntica o comprendida en un margen de variación de un 10% superior o inferior. DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Las anteriores y otras características y ventajas se comprenderán más plenamente a partir de la descripción detallada de la invención, así como de los ejemplos de realización preferente referidos a los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 muestra una vista general de perfil de un aerogenerador marino, apto para su instalación mediante el procedimiento de la invención.
Las Figuras 2a-2b muestran, respectivamente, una vista de perfil y de planta de la cimentación del aerogenerador de la invención, en una realización preferente de la misma.
La Figura 3 muestra una etapa de fabricación de la cimentación del aerogenerador dique seco, con la ayuda de una grúa adaptada al efecto.
La Figura 4a muestra una etapa de fabricación de una pluralidad de cimentaciones de aerogenerador según la presente invención, dispuestos en una zona de dique seco en diferentes grados de ejecución de su montaje. La Figura 4b muestra una etapa posterior de inundación del dique seco.
La Figura 5 muestra una etapa de instalación de la turbina eólica del aerogenerador sobre el fuste de torre y la cimentación, según una realización preferente de la invención.
La Figura 6 muestra una vista en perspectiva de la unidad de transporte formada por la cimentación del aerogenerador y el sistema flotante auxiliar.
Las Figuras 7a-7c muestran dos posibles realizaciones de un sistema flotante auxiliar de tipo embarcación con forma de“U” (7a) o en forma de anillo (7b-7c).
Las Figuras 8a-8d muestran diferentes etapas de fondeo del aerogenerador en su punto final de instalación, apoyándose en el sistema flotante auxiliar durante dicho fondeo.
Las Figuras 9a-9b muestran una etapa de llenado del espacio principal de la cimentación con un material de lastre de tipo granular, cubierto asimismo con una capa de rocas. Listado de referencias numéricas de las figuras:
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DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Se expone, a continuación, una descripción detallada de la invención referida a diferentes realizaciones preferentes de la misma, basadas en las Figuras 1-9 del presente documento. Dicha descripción se aporta con fines ilustrativos, pero no limitativos de la invención reivindicada. La Figura 1 muestra una vista general de perfil de un aerogenerador (1) marino apto para su instalación mediante el procedimiento de la invención. Dicho aerogenerador (1) comprende, preferentemente, una turbina (1’) eólica en su extremo superior y un fuste (1”) de torre en su región central. Asimismo en su extremo inferior, el aerogenerador (1) posee una cimentación (2) que comprende, a su vez, una losa inferior (3), preferentemente estanca y con forma sustancialmente horizontal, y un muro perimetral (4), también preferentemente estanco y dispuesto sobre la losa inferior (3), de forma que dicha cimentación (2) hace de base de apoyo del aerogenerador (1) sobre el fondo (5) marino (o, en general, acuático). Asimismo, y tal como se muestra en las Figuras 2a-2b (que representan, respectivamente, vistas de perfil y planta de la cimentación (2)), el recinto interior delimitado por la losa inferior (3) y el muro perimetral (4) conforma un espacio principal (6) de admisión de lastre (7), configurado para alojar un volumen de material (ya sea agua, arena, grava, etc.) que modifica la flotabilidad del conjunto para facilitar las operaciones de fondeo del aerogenerador (1) hasta alcanzar el fondo marino (5). No obstante, en ausencia de lastre (7) en el espacio principal (6) de la cimentación (2), dicho aerogenerador es, preferentemente, autoflotante.
A diferencia de otras cimentaciones del estado de la técnica, y tal como se aprecia en las Figuras 2a-2b, el espacio principal (6) de la cimentación de la invención es un espacio parcial o totalmente abierto en su región superior, adaptado para admitir o retirar lastre (7) en diferentes etapas del procedimiento de instalación y/o transporte del aerogenerador (1). Asimismo, en otras realizaciones de la invención, es posible también disponer de uno o más puntos (8, 8’) auxiliares de entrada o salida de lastre (7) en otras regiones de la cimentación. Dichos puntos (8, 8’) de entrada/salida se utilizarán, preferentemente, como accesos de agua al espacio principal (6) de la cimentación (1), destinados al fondeo de la misma. Más preferentemente, dichos accesos estarán regulados por válvulas o medios de control de paso análogos.
Además de los elementos anteriores, la cimentación (2) del aerogenerador (1) de la invención comprende, preferentemente, una pluralidad de puntales (9) o jabalcones de apoyo del fuste (1”) de torre o conectados a un pedestal (2’) inferior de la propia cimentación (2), destinados para reforzar la estructura del conjunto. Adicionalmente, en diferentes realizaciones de la invención (ver Figura 2b), el espacio principal (6) de la cimentación (2) puede poseer uno o más tabiques (10) de separación, destinados a reforzar su integridad estructural, con disposición preferentemente radial. Como se ha mencionado en el apartado de antecedentes de la invención, el aerogenerador (1) aquí descrito está especialmente destinado para su instalación en medios acuáticos o marinos de bajo calado, preferentemente en profundidades de fondo (5) inferiores a 15 metros. Para ello, resulta esencial que el conjunto formado por la turbina (1’), fuste (1”) y cimentación (2) sea ligero en comparación con otros aerogeneradores offshore destinados para su instalación a profundidades mayores (superiores a 15 metros). En este sentido, y como se detallará a continuación, el uso de una cimentación (2) abierta superiormente resulta fundamental, de forma que la masa total se vea reducida y el calado del conjunto en flotación se mantenga siempre a unos límites aceptables por encima del fondo (5) marino/acuático en las etapas de montaje, transporte o instalación en las que el aerogenerador (1) se encuentra a flote.
Inicialmente, la instalación del aerogenerador posee una fase de fabricación de la cimentación (2), que se realiza preferentemente en seco, con su losa inferior (3) apoyada sobre el terreno (11). Dicha cimentación será, más preferentemente, una cimentación total o parcialmente hecha de hormigón, mediante las técnicas habitualmente empleadas en los procesos de fabricación de estructuras con este material. En las Figuras 3 y 4 del presente documento se muestran diferentes etapas de esta fase, donde se aprecia cómo la cimentación (2) se ensambla en una zona de dique seco (12), con la ayuda de una grúa (13) adaptada al efecto (Figura 3). Como se ha mencionado, el método específico de ensamblaje de los elementos de la cimentación (2) no es una parte esencial de la invención, por lo que pueden emplearse para ello cualesquiera técnicas conocidas en el estado de la técnica. Asimismo, la Figura 4a muestra una pluralidad de cimentaciones (2) según la presente invención, dispuestos en una zona de dique seco en diferentes grados de ejecución de su montaje. Preferentemente, la zona de dique seco (12) posee una compuerta (14) o medio análogo de admisión de agua, destinado para regular el grado de inundación del dique seco (12). Una vez la cimentación (2) se encuentra finalizada, se abre la compuerta (14) dejando que el agua inunde progresivamente el dique (12), hasta que el empuje producido por el volumen de agua entrante ponga, por sí mismo, la cimentación (2) a flote (Figura 4b). Esencialmente, durante la operación de puesta a flote de la cimentación (2), el nivel superior de su muro perimetral (4) permanece por encima del nivel del agua (15), garantizándose así que el agua no rebosa superiormente desde el exterior de la cimentación (2) hacia el interior de su espacio principal (6). Una vez la cimentación (2) se encuentra completamente ensamblada y a flote (tras la inundación de forma controlada del dique seco (12) de trabajo, según lo descrito en las líneas anteriores), ésta puede ser transportada o remolcada por agua, de forma flotante o autoflotante (es decir, bien porque flota ayudado de algún elemento flotante auxiliar, o bien porque el propio aerogenerador (1) es capaz de flotar por sí solo), hasta una segunda zona en las proximidades de un muelle de trabajo (16) (Figura 5). En ese punto, y con el objetivo de ensamblar los elementos restantes del aerogenerador (1) (esto es, el fuste (1”) y la turbina (1’)) sobre la cimentación (2), resulta necesario apoyar de nuevo dicha cimentación (2) sobre el fondo (5). Para ello, se introducirá material de lastre (7) (preferentemente, agua) en el espacio principal (6) de la cimentación (2), por ejemplo mediante el llenado de dicho espacio (6) con bombas hidráulicas o medios análogos, o mediante la apertura de los puntos (8, 8’) auxiliares de llenado, en caso de utilizarse. Durante esta etapa, se inundará progresivamente y de forma controlada el espacio principal (6) de la cimentación (2), hasta que ésta se apoya sobre el fondo (5), manteniendo la estabilidad y horizontalidad del conjunto. Alternativamente, se pueden aprovechar variaciones de marea para fondear la cimentación (2). Asimismo, y de forma esencial en el planteamiento de la presente invención, durante esta fase de fondeo en la segunda zona próxima al muelle de trabajo (16), el nivel superior del muro perimetral (4) permanece de nuevo por encima del nivel del agua (15), garantizándose así que, al completarse el fondeo en que la cimentación (2) se apoya sobre el fondo (5), el agua no rebosa superiormente desde el exterior de la cimentación (2) hacia el interior de su espacio principal (6). No obstante, en momentos posteriores a dicho fondeo, sí es posible que el agua rebase el muro perimetral (4) y se introduzca en el espacio principal (6) (por ejemplo, por variaciones de marea, o por cualquier otro motivo). Es importante aclarar que dicho llenado de agua posterior al fondeo de la cimentación (2) no supone riesgo alguno para la estabilidad de la misma, dado que en ese momento ya se encuentra apoyada sobre el fondo (5).
Tras la finalización del fondeo de la cimentación (2) en la segunda zona próxima al muelle de trabajo (16), se procederá a instalar los elementos restantes citados del aerogenerador (1), tal y como se muestra en la Figura 5. Ello comprenderá, por tanto, el montaje del fuste (1”) de torre sobre la cimentación (2) (preferentemente, sobre su pedestal (2’)) y, posteriormente, la instalación de la turbina eólica (incluyendo sus palas) como paso final de esta fase. Preferentemente, la instalación de estos elementos se realiza con la ayuda de una grúa (13) y equipamiento auxiliar análogo. El procedimiento específico de montaje del fuste (1”) y de la turbina (T) no es, en sí mismo, una parte esencial de la presente invención, pudiéndose utilizar para ello cualesquiera procedimientos o herramientas conocidas en el estado de la técnica.
Posteriormente al montaje completo del aerogenerador (1) según lo descrito en el párrafo anterior, y mientras la cimentación (2) permanece aún apoyada en la citada posición de montaje sobre el fondo (5), se procederá a acoplar a la cimentación (2) un sistema flotante auxiliar (17), de tal modo que dicha cimentación (2) y dicho sistema flotante auxiliar (17) posean un movimiento solidario en al menos alteada, balanceo y cabeceo (en inglés,“heave”,“roll” y“pitch”), formando el conjunto de la cimentación (2) y el sistema flotante auxiliar (17) una unidad de transporte (18) (la Figura 6 del presente documento muestra una vista en perspectiva de dicha unidad de transporte (18)). Asimismo, el sistema flotante auxiliar (17) comprende, preferentemente, uno o más medios (19) de conexión vertical, que pueden conectar verticalmente dicha cimentación (2) y dicho sistema flotante auxiliar (17) y que permiten transmitir fuerzas verticales entre ambos. Preferentemente, los medios (19) de conexión vertical comprenden una pluralidad de cables que se tienden desde el sistema flotante (17) hasta la cimentación (2), cuando ésta se encuentra apoyada en el fondo (5). De igual modo, cualesquiera otros medios de conexión vertical conocidos pueden utilizarse también en el ámbito de la invención. Más preferentemente, los medios (19) de conexión vertical se conectan en puntos distribuidos de forma regular sobre la cimentación (2). Además de los medios (19) de conexión vertical, el sistema flotante (17) comprende también uno o más medios (20) de ascenso o descenso, que permiten variar de forma controlada la cota o posición vertical de la cimentación (2). Preferentemente, dichos medios (20) de ascenso/descenso comprenden grúas, gatos elevadores (“jacks”) hidráulicos, o dispositivos similares seleccionados de entre los conocidos en el estado de la técnica. Otras herramientas tales como elementos de flotación auxiliar (flotadores o sistemas afines) acoplables a la cimentación (2) pueden ser considerados también como medios (20) de acenso/descenso en el ámbito de la invención. Las Figuras 7a y 7b-7c muestran dos posibles realizaciones de un sistema flotante auxiliar (17) de tipo embarcación con forma de“U” (Figura 7a) o en forma de anillo (Figuras 7b-7c). No obstante, otro tipo de sistemas o embarcaciones autopropulsadas o no, así como otro tipo de formas específicas de las mismas, son igualmente posibles como sistemas flotantes auxiliares (17) en el ámbito de la invención, no siendo su realización específica, por tanto, un elemento esencial de la misma. La fase de configuración solidaria del sistema flotante auxiliar (17) y de la cimentación (2) que da paso a la unidad de transporte (18) se realiza, preferentemente, de la siguiente forma: en primer lugar, se aplican los medios (19) de conexión vertical a la cimentación (2), estando ésta apoyada sobre el fondo (5). En segundo lugar, se aplica una fuerza vertical ascendente a la cimentación (2) por parte de los medios (20) de ascenso/descenso del sistema flotante auxiliar (17), manteniendo la estabilidad de dicha cimentación (2) mediante el control de la posición de la misma, a través de los medios (19) de conexión vertical. Dicha fuerza se aplica hasta que el nivel superior del muro perimetral (4) de la cimentación (2) se encuentre de nuevo por encima del nivel del agua (15), manteniéndose posteriormente hasta el fondeo definitivo del aerogenerador (1) en su lugar de operación.
Asimismo, y una vez el nivel superior del muro perimetral (4) de la cimentación (2) se encuentra por encima del nivel del agua (15), se reduce el lastre (7) del interior del espacio principal de la cimentación (2), por ejemplo mediante bombas hidráulicas, contribuyendo así con este vaciado a la flotabilidad del conjunto que forma la unidad de transporte (18) (preferentemente, la reducción de lastre (7) se realizará hasta vaciar completamente la cimentación (2), aunque sin limitación a otro tipo de escenarios en los que se realice un vaciado parcial). En este punto, se fija la posición relativa de la cimentación (2) y del sistema flotante auxiliar (17) a través de los medios (19) de conexión vertical, de forma solidaria en al menos alteada, balanceo y cabeceo, manteniendo la unidad de transporte (18) a flote.
Tras completar la configuración solidaria de la unidad de transporte (18) según lo descrito en el párrafo anterior, se remolcará o transportará dicha unidad (18) por agua, de forma flotante o autoflotante, hasta situarse sobre su punto de instalación definitivo (21) en el fondo (5) marino/acuático (esta situación se ilustra en la Figura 8a del presente documento). El transporte se puede realizar tanto por medios autopropulsados (por ejemplo, estando dichos medios incluidos en el sistema flotante auxiliar (17)), como mediante remolcadores. Una vez alcanzado el punto de instalación definitivo (21), se procederá desacoplar de nuevo de forma solidaria la cimentación (2) y el sistema flotante auxiliar (17) en la unidad de transporte (18) y a realizar el fondeo final de la cimentación (2) en el fondo (5) marino/acuático.
Para la realización de la citada operación de fondeo, se llevan a cabo los siguientes pasos, en cualquier orden o simultáneamente: en un primer paso, ilustrado por la Figura 8b, se llena de material de lastre (7) el espacio principal (6) de la cimentación (2), utilizando para ello bombas o controlando la apertura de los puntos (8, 8’) de admisión de agua, inundando la cimentación (2) por su región sumergida. Con ello se consigue que el llenado de dicha cimentación (2) se produzca de forma estable para el conjunto del aerogenerador (1). Asimismo, en un segundo paso, se actúa sobre los medios (20) de ascenso/descenso del sistema flotante auxiliar (17), para reducir controladamente la altura o cota de la cimentación (2) (Figura 8c), hasta que ésta queda apoyada sobre el fondo (5) marino/acuático, manteniendo en todo momento un francobordo positivo de dicho sistema flotante auxiliar (17) (Figura 8d). En este punto, el conjunto del aerogenerador (1) se encontrará apoyado sobre el fondo (5), en su punto de instalación (21) definitivo.
En la etapa final del procedimiento de instalación del aerogenerador (1), en una realización preferente de la invención, se desacopla definitivamente el sistema auxiliar flotante (17) de la cimentación (2), siguiendo para ello uno o más de los siguientes pasos: en un primer paso, se actúa sobre los medios (20) de ascenso/descenso del sistema flotante auxiliar (17), para reducir y/o anular las fuerzas verticales soportadas por los medios de conexión vertical (19). En un segundo paso, se desconectan dichos medios de conexión vertical (19) de la cimentación (2). Y, en un tercer paso, se remolca el sistema flotante auxiliar (17) para su recuperación y/o reutilización en otras operaciones de instalación (por ejemplo, para instalar múltiples aerogeneradores (1) en un mismo parque eólico offshore).
Una vez apoyado el aerogenerador (1) sobre el fondo (5), antes o después del desacoplamiento definitivo del sistema flotante auxiliar (17), es posible realizar operaciones adicionales de lastrado del espacio principal (6) de la cimentación (2), según lo mostrado, a modo de ejemplo, en las Figuras 9a-9b del presente documento. En ellas se aprecia cómo dicho espacio principal (6) se llena de un material de lastre (7) de tipo granular (por ejemplo, arena o grava) ocupando la mayor parte del volumen delimitado por dicho espacio (6). Asimismo, para evitar que dicho lastre (7) abandone la cimentación (2) por causa de erosión, socavación o desplazamiento de la masa de agua circundante, puede cubrirse el material granular con una capa superficial de rocas, a modo de protección superior. En distintas realizaciones de la invención, también es posible llenar el fuste (1”) de torre del aerogenerador con agua y/o con lastre sólido, al menos hasta la cota del nivel del agua (15). Finalmente, la cimentación (2) o cualquier otra parte sumergida del aerogenerador (1) puede protegerse también con elementos anti-socavación tales como roca, arena, semillas, neumáticos u otros elementos de protección análogos.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Procedimiento de instalación de un aerogenerador (1) mar adentro, del tipo que comprende una turbina (1’) eólica y un fuste (1”) de torre, donde el aerogenerador (1) está equipado, asimismo, con una cimentación (2) que comprende:
una losa inferior (3) y un muro perimetral (4) dispuesto sobre dicha losa inferior (3), de forma que dicha cimentación (2) hace de base de apoyo del aerogenerador (1) sobre el fondo (5) marino, y donde el recinto interior delimitado por la losa inferior (3) y el muro perimetral (4) conforma un espacio principal (6) abierto superiormente, estando dicha cimentación (2) adaptada para la admisión de material de lastre (7) y donde, en ausencia de dicho material de lastre (7), el aerogenerador (1) o su cimentación (2) es flotante o autoflotante;
estando el procedimiento caracterizado por que comprende la realización de las siguientes etapas:
a) se construye en seco la cimentación (2);
b) se pone a flote dicha cimentación (2);
c) se transporta de forma flotante o autoflotante dicha cimentación (2), hasta las proximidades de un muelle de trabajo (16);
d1) se introduce material de lastre (7) en el espacio principal (6) de la cimentación (2),
d2) antes o después del paso d1), se aumenta el calado de la cimentación (2) hasta que ésta queda apoyada en un terreno de apoyo (11) sobre el fondo (5) marino, en una posición de montaje en las proximidades de dicho muelle de trabajo (16) donde, en el momento en que la cimentación (2) se apoya en dicho terreno (11), el nivel superior del muro perimetral (4) permanece por encima del nivel del agua (15), sin que el agua rebose superiormente desde el exterior de la cimentación (2) hacia el interior de su espacio principal (6);
e) se monta sobre la cimentación (2) al menos parte del fuste (1”) de torre (8) y el aerogenerador (1’), empleando para ello una grúa dispuesta en el muelle de trabajo (16);
f) mientras la cimentación (2) permanece apoyada en la posición de montaje sobre el terreno de apoyo (11), se acopla la cimentación (2) a un sistema flotante auxiliar (17), de tal modo que dicha cimentación (2) y dicho sistema flotante auxiliar (17) pasan a ser solidarios en al menos alteada, balanceo y cabeceo, formando el conjunto de dicha cimentación (2) y dicho sistema flotante auxiliar (17) una unidad de transporte (18), donde sistema flotante auxiliar (12) comprende: - medios de conexión vertical (19), adaptados para conectar verticalmente la cimentación (2) y el sistema flotante auxiliar (17) y que permiten transmitir fuerzas verticales entre ambos;
- medios de ascenso/descenso (20) adaptados para regular de forma controlada la cota o posición vertical de la cimentación (2);
g) se aplica, a través de los medios de ascenso/descenso (20), una fuerza vertical ascendente sobre dicha cimentación (1) y una fuerza vertical descendente sobre dicho sistema flotante auxiliar (12), de tal modo que al menos parte del peso de la cimentación (2) y/o el aerogenerador (1) queda suspendido de dicho sistema flotante auxiliar (12);
h) se reduce el material de lastre (7) del espacio principal (6) de la cimentación; i) se pone la unidad de transporte (18) a flote;
j) se transporta la unidad de transporte (18) de forma flotante o autoflotante, hasta situarse sobre un punto de instalación (21) definitivo en el fondo (5) marino; k) se apoya la cimentación (2) en el fondo marino, sobre el punto de instalación (21) definitivo, siguiendo para ello los siguientes pasos en cualquier orden o simultáneamente:
k1) se introduce material de lastre (7) en el espacio principal (6) de la cimentación (2);
k2) se actúa sobre los medios de ascenso/descenso (20) para reducir controladamente la altura o cota de la cimentación (2), hasta que ésta queda apoyada sobre el fondo (5) marino en el punto de instalación (21), manteniendo en todo momento un francobordo positivo del sistema flotante auxiliar;
L) se desacopla el sistema flotante auxiliar (17) de la cimentación (2), siguiendo para ello uno o más de los siguientes pasos:
11) se actúa sobre los medios de ascenso/descenso (20) para reducir y/o anular las fuerzas verticales soportadas por los medios de conexión vertical (19);
12) se desconectan los medios de conexión vertical (19) de la cimentación
O );
m) se transporta el sistema flotante auxiliar (17) para su recuperación y/o reutilización.
2.- Procedimiento según la reivindicación anterior, donde la cimentación (2) del aerogenerador (1) comprende uno o más de los siguientes elementos:
- un pedestal (2’) inferior para el apoyo del fuste (1”) de torre;
- uno o más tabiques (10) de separación dispuestos en el interior del espacio principal (6) de la cimentación (2); - una pluralidad de puntales (9) o jabalcones de apoyo del fuste (1”) de torre, o conectados a un pedestal (2’) de la propia cimentación (2) y/o al muro perimetral y/o a tabiques (10) de separación dispuestos en el interior del espacio principal (6) de la cimentación (2).
3.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde:
- la losa inferior (3) y/o el muro perimetral (4) son estancos, o
- la losa inferior (3) y/o el muro perimetral (4) comprenden puntos (8, 8’) auxiliares de admisión de material de lastre (7), opcionalmente equipados con válvulas de llenado.
4 Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde, durante el paso k2), el nivel del agua (15) rebasa el nivel superior del muro perimetral (4) con, al menos, la mitad del volumen del espacio principal (6) de la cimentación (2) ocupada por material de lastre (7) introducido durante el paso k1).
5.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde, en el paso k1), se permite la entrada de material de lastre (7) al interior del espacio principal (6) de la cimentación (2), a través de uno o más puntos (8, 8’) auxiliares de admisión de dicho material de lastre (7), dispuestos en la losa inferior (3) y/o en el muro perimetral (4), hasta que el material de lastre (7) ocupa, al menos, la mitad del volumen del espacio principal (6) de la cimentación (2).
6.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde, durante el paso k2), el sistema flotante auxiliar (17) soporta el peso de la cimentación (2) con francobordo positivo, estando el espacio principal (6) de la cimentación (2) totalmente lleno de material de lastre (7).
7.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde, en la unidad de transporte (18), el sistema flotante auxiliar (17) posee un francobordo superior al francobordo del muro perimetral (4) de la cimentación (2).
8.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende, posteriormente a la etapa i), una o más de las siguientes etapas:
n) se rellena al menos parte del espacio principal (6) de la cimentación (2) con material de lastre (7) sólido, dispuesto a través de la abertura superior de dicha cimentación (2); o) se protege cualquiera de los elementos el aerogenerador (1) con uno o más medios anti-socavación.
9.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende:
- antes de la etapa c), la etapa:
p) se ensambla la cimentación (2) en una zona de dique seco (12), donde dicha zona de dique seco (12) posee una compuerta (14) de admisión de agua configurada para regular el grado de inundación del dique seco (12) y, durante la etapa b), se abre dicha compuerta (14) para inundar la zona de dique seco (12) manteniendo el nivel superior del muro perimetral (4) de la cimentación por encima del nivel del agua (15), de forma que el agua no rebosa superiormente desde el exterior de la cimentación (2) hacia el interior de su espacio principal (6); y/o
- después de la etapa e) y antes de la etapa j), la etapa:
q) se realiza una o más operaciones de puesta en marcha y/o control de funcionamiento del aerogenerador (1).
10.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde, en la etapa d) y/o el paso k1), el llenado con material de lastre (7) del espacio principal (6) de la cimentación (2) se realiza con agua y/o por gravedad.
11.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la cimentación (2) comprende uno o más salientes laterales y un sistema de pretensado adaptado para aplicar una fuerza de pretensado para apretar el sistema flotante auxiliar (17) contra dichos salientes laterales de la cimentación (2).
12.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de ascenso/descenso (20) comprenden:
- al menos tres gatos o grúas de elevación dispuestos en el sistema flotante auxiliar (17), que comprenden cables de suspensión cuyo extremo inferior se conectan a la cimentación (2);
y donde en el paso k2) se desciende la cimentación (2) regulando la longitud de dichos cables de suspensión, de tal modo que la cota relativa entre la cimentación (2) y el sistema flotante auxiliar (17) varía conforme la cimentación (2) desciende progresivamente hasta alcanzar el fondo (5); - medios flotantes regulables, adaptados para modificar el grado de hundimiento de la cimentación (2) y/o de la unidad de transporte (18).
13.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde, durante el paso k2), el sistema flotante auxiliar (17) permanece, sustancialmente, en la misma posición respecto al nivel del agua (15).
14.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el punto de instalación (21) definitivo en el fondo (5) marino posee una profundidad inferior a 15 m.
15.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de ascenso/descenso (20) comprenden:
una conexión fija entre el sistema flotante auxiliar (17) y la cimentación (2) que no permite que la cota relativa entre ambos elementos varíe; un sistema de lastre en el sistema flotante auxiliar (17) que permite regular el lastre (7) en su casco;
y donde, en el paso k2), se desciende la cimentación (2) regulando el lastre (7) en el sistema flotante auxiliar (17) para aumentar el calado del conjunto, de tal modo que el sistema flotante (17) y la cimentación (2) descienden conjuntamente sin variar su cota relativa hasta que la cimentación (2) apoya en el fondo (5);
y donde el sistema flotante auxiliar (12) tiene una altura suficiente para poder sumergirse junto con la cimentación (2), manteniendo en todo momento un francobordo positivo.
16.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el sistema flotante auxiliar (17) posee una estructura de anillo, que rodea por completo la cimentación (2), y que es articulado para poderse abrir y cerrar para acoplarlo y desacoplarlo de dicha cimentación (2).
17.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el sistema flotante auxiliar (17) posee un área de flotación y un francobordo tales que, durante el paso k2), el sistema flotante auxiliar (17) puede soportar el peso del aerogenerador (1) y la cimentación (2) parcialmente sumergida y con el espacio principal (6) totalmente lleno de lastre, manteniendo un francobordo positivo.
18.- Aerogenerador (1) instalado mediante un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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