Sistema y procedimiento de módulo de turbina eólica flotante de eje vertical.

Sistema de energía eólica (2), que comprende:

un módulo (4) flotante apto para f lotar por lo menos parcialmente en agua;

por lo menos un par de turbinas eólicas verticales

(18) montado en el módulo flotante (4),

un sistema de amarre de varios puntos (39) acoplado entre un lecho marino (40) y el módulo flotante (4) que presenta por lo menos dos puntos de amarre (34), presentando cada uno una estacha de amarre (36) en acoplamiento catenario entre el módulo flotante (4) y el lecho marino (40), disponiéndose las estachas (36) en ubicaciones alrededor del módulo flotante (4) que presenta las turbinas eólicas verticales (18)

caracterizado por una primera turbina eólica (18) del par que presenta una rotación en el sentido de las agujas del reloj y una segunda turbina eólica (18) del par que presenta una rotación en el sentido contrario al de las agujas del reloj como una disposición de giro contrario de la primera turbina eólica (18), pudiendo la primera turbina eólica (18) funcionar a una velocidad distinta a la segunda turbina eólica (18) para crear un diferencial del par giroscópico en el sistema alrededor de un centro de gravedad del sistema, permitiéndose a dicho diferencial del par giroscópico girar el módulo flotante hacia una nueva orientación.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2010/052998.

Solicitante: TECHNIP FRANCE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 6-8, Allée de l'Arche Faubourg de l'Arche, ZAC Danton 92400 Courbevoix FRANCIA.

Inventor/es: O'SULLIVAN,JAMES, HARRIS,PETER GRAHAM.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > Motores de viento con un eje de rotación dispuesto... > F03D3/02 (implicando varios rotores)

PDF original: ES-2503065_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sistema y procedimiento de módulo de turbina eólica flotante de eje vertical

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente descripción se refiere sustancialmente a un sistema y a un procedimiento para turbinas eólicas marinas. Más específicamente, la presente descripción se refiere a un sistema y a un procedimiento para un módulo de turbina eólica flotante.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA.

El uso de turbinas eólicas marinas se está convirtiendo en una forma cada vez factible y conveniente de generación de energía. Una afirmación actual en la implementación de turbinas eólicas es "cuanto más grande, mejor" -cuanto mayor sea el motor de la turbina, más energía se genera. De este modo, las estructuras masivas se realizan, y se han venido realizando, con los gastos intrínsecos. Las turbinas eólicas horizontales convencionales son estructuras de 50 metros (m) a 100 m de altura y pesan 500 toneladas métricas o más y, en el futuro, se pueden realizar más grandes.

Normalmente, las turbinas eólicas instaladas en alta mar implican la utilización de grúas para levantar la torre, la turbina y las palas en su posición, tal como se muestra en el documento DE 10332383 B4. Las barcazas y los servicios de grúas en alta mar pueden resultar costosos. Si se considera el despliegue de una pluralidad de unidades de turbina, una pluralidad de elementos de sustentación y de elementos de grúa, se puede elevar considerablemente el coste de una instalación en alta mar cuando se compara con una instalación en tierra y, por lo tanto, ello afecta a la viabilidad comercial global de la instalación de turbinas eólicas marinas.

Además, se deben instalar turbinas eólicas de eje horizontal convencionales en los sitios que se encuentren a grandes distancias entre sí puesto que el efecto de repulsión de los torbellinos que proceden de las palas en rotación interfiere con la siguiente turbina a sotavento, afectando de este modo al rendimiento y a la potencia de salida. En un entorno marino, dicha separación entre las turbinas implica un gran número de estructuras separadas significativamente, necesarias para construir el parque eólico en general, lo que supone un coste considerable. De este modo, un gran número de turbinas requiere una pluralidad de estructuras, amarres, cables de interconexión, etc., representando todos ellos un gasto considerable.

Las estructuras individuales separadas suponen otros retos menos directos. Puede resultar difícil acceder a la estructura de la turbina y, puesto que las estructuras se encuentran separadas, se puede tardar a realizar el mantenimiento y las reparaciones en un parque eólico. Una pluralidad de llegadas y salidas para cada una de las estructuras separadas aumenta el peligro para el personal. Además, cualquier turbina u otro equipo averiado que permanezca sin reparar supone una pérdida directa de ingresos.

Una solución propuesta para instalaciones de turbinas eólicas fijas y separadas comprende unir las turbinas eólicas a estructuras flotantes. Por ejemplo, el documento EP 1366290B1 da a conocer una central energética eólica marina flotante que presenta un sistema de amarre de punto único (10) fijado a un fondo marino, un elemento flotante en forma de por lo menos un triángulo (23a) , encontrándose el elemento flotante flotando sobre una superficie de mar y amarrado en un vértice del triángulo al sistema de amarre de punto único (10) , y una unidad energética eólica (30) en el elemento flotante (10) .

A título de ejemplo, la patente US nº 2001/0002757 da a conocer grupos generadores de molinos de viento, comprendiendo cada uno un molino de viento y un generador impulsado por el molino de viento, que se instalan en un cuerpo flotante que flota en el agua. El cuerpo flotante se realiza como un armazón triangular. Cada lado del triángulo del cuerpo flotante se realiza mediante una viga hueca que presenta una sección transversal rectangular. Los grupos generadores de molinos de viento se disponen en el cuerpo flotante en las esquinas correspondientes del triángulo. La distancia entre los centros de los molinos de viento, adyacentes entre sí, se fija en un valor inferior a cuatro veces, preferentemente inferior a dos veces, el diámetro de los rotores de los molinos de viento. Al ajustar la distancia entre los centros de los molinos de viento a un valor inferior a cuatro veces el diámetro del rotor, se puede reducir el coste de construcción del cuerpo flotante sin ninguna disminución adicional de la eficiencia en la generación de energía de los grupos generadores de molinos de vientos, con lo que se puede reducir el coste de la central energética.

Uno de los retos consiste en orientar los molinos de viento hacia una dirección óptima con respecto al viento, incluso cuando el viento cambia de dirección. Algunos sistemas, tales como los mencionados anteriormente, permiten el giro de la central eólica alrededor de un único punto de amarre o permiten que los rotores individuales de los molinos de viento giren alrededor de su propia torre hacia una orientación óptima. El punto de amarre único puede ser una estructura que se amarra (a menudo con una pluralidad de líneas) como una especie de eje sobre el que gira la parte flotante con las turbinas eólicas.

Sin embargo, los ejemplos anteriores de publicaciones previas no se refieren a un sistema de energía eólica que presenta una pluralidad de puntos de amarre que se pueden preferir para una mejor sujeción y estabilidad del sistema, y todavía permiten que el sistema se oriente hacia direcciones distintas del viento para optimizar la energía eólica.

El documento DE 32 24 976 da a conocer un sistema de energía eólica según el preámbulo de la reivindicación 1.

Sigue existiendo la necesidad de un sistema y un procedimiento mejorados para un sistema de energía eólica con un sistema de amarre de varios puntos.

BREVE SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente descripción proporciona un sistema de energía eólica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, con uno o más módulos flotantes que presentan por lo menos dos turbinas eólicas verticales montadas en los mismos. Un sistema de amarre de varios puntos acopla el módulo flotante al lecho marino, presentando el sistema de amarre por lo menos dos puntos de amarre con por lo menos dos estachas de amarre dispuestas en ubicaciones alrededor del módulo flotante con las turbinas eólicas. Se acopla un sistema de rotación al módulo flotante y se adapta para girar el módulo flotante con respecto a la dirección del viento, mientras que el sistema de amarre de varios puntos se acopla entre el lecho marino y el módulo flotante. El sistema de rotación puede comprender un par giroscópico inducido procedente de turbinas eólicas de giro contrario y un diferencial del par giroscópico inducido de ajuste automático a partir de las direcciones variables del viento. Otros sistemas de rotación pueden comprender cabrestantes y conjuntos de traslación que se pueden activar para tensar o aflojar las estachas de amarre en el sistema de amarre de varios puntos acoplado al módulo flotante de un modo catenario.

La presente descripción proporciona un sistema de energía eólica, que comprende: un módulo flotante apto para flotar por lo menos parcialmente en el agua; por lo menos dos turbinas eólicas verticales montadas en el módulo flotante; un sistema de amarre de varios puntos acoplado entre el lecho marino y el módulo flotante que presenta por lo menos dos puntos de amarre con estachas de amarre, disponiéndose las estachas en ubicaciones alrededor del módulo flotante que presenta las turbinas eólicas verticales; y un sistema de rotación acoplado al módulo flotante y apto para girar... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de energía eólica (2) , que comprende:

un módulo (4) flotante apto para flotar por lo menos parcialmente en agua; por lo menos un par de turbinas eólicas verticales (18) montado en el módulo flotante (4) , un sistema de amarre de varios puntos (39) acoplado entre un lecho marino (40) y el módulo flotante (4) que presenta por lo menos dos puntos de amarre (34) , presentando cada uno una estacha de amarre (36) en acoplamiento catenario entre el módulo flotante (4) y el lecho marino (40) , disponiéndose las estachas (36) en ubicaciones alrededor del módulo flotante (4) que presenta las turbinas eólicas verticales (18) caracterizado por una primera turbina eólica (18) del par que presenta una rotación en el sentido de las agujas del reloj y una segunda turbina eólica (18) del par que presenta una rotación en el sentido contrario al de las agujas del reloj como una disposición de giro contrario de la primera turbina eólica (18) , pudiendo la primera turbina eólica (18) funcionar a una velocidad distinta a la segunda turbina eólica (18) para crear un diferencial del par giroscópico en el sistema alrededor de un centro de gravedad del sistema, permitiéndose a dicho diferencial del par giroscópico girar el módulo flotante hacia una nueva orientación.

2. Sistema (2) según la reivindicación 1, que comprende además un sistema de rotación (43) acoplado al módulo flotante (4) y apto para girar el módulo flotante (4) con respecto a la dirección del viento, mientras que el sistema de amarre de varios puntos (39) se acopla entre el lecho marino (40) y el módulo flotante (4) .

3. Sistema (2) según la reivindicación 2, en el que el sistema de rotación (43) comprende la disposición de giro contrario.

4. Sistema (2) según la reivindicación 2, en el que el sistema de rotación (43) comprende por lo menos un conjunto de traslación (46) acoplado a por lo menos dos estachas de amarre (36) dispuestas en una pluralidad de puntos de amarre, siendo el conjunto de traslación (46) apto para cambiar simultáneamente una tensión en las por lo menos dos estachas de amarre (36) .

5. Sistema (2) según la reivindicación 2, en el que el sistema de rotación (43) comprende por lo menos un cabrestante (44) acoplado a por lo menos una estacha de amarre (36) , siendo el cabrestante (44) apto para tirar o soltar una cierta longitud de la estacha de amarre (36) acoplada al punto de amarre (34) .

6. Sistema (2) según la reivindicación 1, en el que una pluralidad de pares se acopla al módulo flotante (4) y en el que las turbinas eólicas (18) se encuentran separadas separados según la dirección de rotación en dos grupos, encontrándose los grupos en lados opuestos del módulo flotante (4) .

7. Sistema (2) según la reivindicación 1, en el que las turbinas eólicas verticales (18) se acoplan en filas sobre el módulo flotante (4) con por lo menos una fila de turbinas eólicas (18) desplazada en la alineación de una fila adyacente de turbinas eólicas (18) .

8. Sistema (2) según la reivindicación 1, en el que las turbinas eólicas verticales (18) se acoplan en filas sobre el módulo flotante (4) con por lo menos una fila de turbinas eólicas (18) escalonada a una altura distinta de una fila adyacente de turbinas eólicas (18) .

9. Sistema según la reivindicación 2, en el que por lo menos algunas de las estachas de amarre (36) se acoplan entre el módulo flotante (4) y el lecho marino (40) en suspensión catenaria debajo del módulo flotante (4) , y en el que la suspensión catenaria desvía el módulo flotante (4) a un estado neutro de orientación después de que el sistema de rotación (43) ha girado el módulo flotante desde el estado neutro.

10. Procedimiento de optimización de la energía eólica desde una plataforma flotante (4) que presenta por lo menos dos turbinas eólicas verticales (18) montadas sobre la plataforma con un sistema de amarre de varios puntos (39) que presenta estachas de amarre que fijan la plataforma flotante (4) en una ubicación con respecto al lecho marino (40) , caracterizado por

permitir que un par de turbinas eólicas (18) gire en sentido contrario en direcciones opuestas entre sí, presentando una primera turbina eólica (18) del par una rotación en el sentido de las agujas del reloj y presentando una segunda turbina eólica (18) del par una rotación en el sentido contrario al de las agujas del reloj, y permitiendo que la primera turbina eólica (18) funcione a una velocidad distinta a la de la segunda turbina eólica (18) para crear un diferencial del par giroscópico en el sistema alrededor de un centro de gravedad del sistema; y girar la orientación de la plataforma flotante (4) de un primer (39) estado de orientación a un segundo estado de orientación, al mismo tiempo que el sistema de amarre de varios puntos (39) se acopla entre el lecho marino (40) y la plataforma flotante (4) , comprendiendo además permitir que el diferencial del par giroscópico gire el módulo flotante (4) hacia una nueva orientación.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, que comprende además

tensar por lo menos una estacha de amarre (36) del sistema de amarre de varios puntos (39) ; y girar la orientación de la plataforma flotante (4) de un primer estado de orientación a un segundo estado de orientación tensando por lo menos una estacha de amarre (36) .

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que tensar por lo menos una estacha de amarre (36) comprende elevar la estacha con un cabrestante.

13. Procedimiento según la reivindicación 11, que comprende además tensar una parte de por lo menos una estacha 10 de amarre (36) al mismo tiempo que se afloja otra parte de la estacha de amarre (36)

14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que apretar la parte de por lo menos una estacha de amarre (36) comprende trasladar una conexión de la estacha de amarre (36) a una ubicación distinta en el módulo flotante.