Sistema de refrigeración para una disposición costa afuera.

Sistema de refrigeración para una disposición costa afuera (40),

con un espacio interior (12, 42) que estádelimitado por una pared de cubierta (14, 16, 44, 46, 48) diseñada por lo menos por secciones con pared doble, endonde se puede inundar con agua por lo menos una cavidad (18, 50, 52) formada por secciones entre la respectivapared de cubierta exterior (16, 48) e interior (14, 46), con por lo menos un circuito cerrado de refrigerante (20, 54)que comprende por lo menos un primer intercambiador de calor (22, 56) para recibir una potencia calorífica (26)producida en el espacio interior (12, 42) y por lo menos un segundo intercambiador de calor (24, 58) para descargarla potencia calorífica recibida (28), caracterizado por que el segundo intercambiador de calor (24, 58) estádispuesto al menos parcialmente en la por lo menos una cavidad inundable (18, 50, 52).

Sistema de refrigeración para una disposición costa afuera La invención se refiere a un sistema de refrigeración para una disposición costa afuera (offshore) , con un espacio interior que está delimitado por una pared de cubierta diseñada por lo menos por secciones con pared doble, en donde se puede inundar con agua por lo menos una cavidad formada por secciones entre la respectiva pared de cubierta exterior e interior, con por lo menos un circuito cerrado de refrigerante que comprende por lo menos un primer intercambiador de calor para recibir una potencia calorífica producida en el espacio interior y por lo menos un segundo intercambiador de calor para descargar la potencia calorífica recibida.

Es bien sabido que las energías renovables ocupan un papel cada vez mayor en el suministro de energía eléctrica. La energía eólica junto con la energía solar, por ejemplo, es un pilar fundamental de las energías renovables. Los parques eólicos costa afuera han demostrado ser posibilidad prometedora para el futuro para aumentar,

ventajosamente, la cuota de las energías renovables en las redes de suministro de energía.

Para este fin se instala a una distancia, por ejemplo, de varios kilómetros a más de 100 kilómetros de una costa una pluralidad de turbinas de viento, en donde cada turbina de viento está dispuesta generalmente sobre un cimiento o zócalo. Dependiendo de la composición geográfica, el mar tiene una profundidad desde algunos metros hasta más de 60 m. El método de construcción del cimiento está limitado a una profundidad del agua de aproximadamente 40 m, lo que es también la profundidad máxima del agua, por ejemplo, en las regiones del Mar del Norte. Para asegurar un funcionamiento correcto de las respectivas turbinas de viento o rotores eólicos, los mismos se deben disponer a una distancia horizontal respectiva de 300 m -1000 m.

Tales parques eólicos comprenden una pluralidad de turbinas de viento individuales, por ejemplo, de 40 a más de 100, que pueden presentar, respectivamente, una potencia máxima de hasta 6, 5 MW. Con el fin de poder alimentar la potencia eléctrica generada por las turbinas de viento de una manera controlada a la red colectora eléctrica, se necesita una subestación central, en donde se realiza tanto una interconexión eléctrica de las turbinas de viento individuales como una transformación a un nivel de tensión apropiado, habitualmente más elevado. También existe la posibilidad de rectificar la tensión generada mediante componentes electrónicos de potencia, para transmitir así la potencia eléctrica dentro de lo posible con pérdidas de transmisión mínimas a través de un cable submarino desde el parque eólico costa afuera hasta una estación de alimentación a la red situada en tierra.

Los cables submarinos son una manera muy respetuosa con el medio ambiente para transportar la potencia eléctrica a través de una sección oceánica o marina, pero los mismos presentan una capacitancia eléctrica tan alta que para la tensión alterna, dado el caso, solamente son adecuados para cubrir distancias más bien cortas. La rectificación de la tensión necesaria para un uso de los cables submarinos con pocas pérdidas se realiza a través de elementos semiconductores que sufren pérdidas y por lo tanto producen calor residual. Los componentes electrónicos de potencia también son imprescindibles para el control coordinado de la descarga recíproca de la energía eléctrica producida, respectivamente, por las turbinas de viento. Con una potencia máxima instalada de 100 MW, por ejemplo, y un porcentaje de pérdida de sólo el 1%, se puede producir así una potencia de pérdida en forma de calor residual de 1 MW y más, que se debe desviar continuamente.

La descarga térmica en las disposiciones costa afuera se realiza fundamentalmente a través de intercambiadores de 45 calor hacia el aire exterior o a través de la descarga térmica hacia el agua oceánica o marina. En el último caso, esto se hace mediante la succión de agua marina fría al interior de un sistema de refrigeración de tipo tubular abierto, en donde los tubos se encuentran preferiblemente en contacto directo con los componentes a refrigerar, de modo que el agua marina durante el proceso de refrigeración recibe el calor residual a derivar y es conducida de vuelta al mar en estado calentado (véase, por ejemplo, el documento DE 10324228A) .

Sin embargo, la desventaja de esto –especialmente en el campo de las turbinas eólicas costa afuera– es que a través de la abertura de succión se aspiran algas y otras impurezas indeseadas que pueden obstruir, bajo ciertas circunstancias, la abertura de entrada y, alrededor de la salida para el agua de refrigeración calentada, se forma incrustación o similares que debe eliminarse en una operación de mantenimiento regular. Además, el agua salada 55 del mar es relativamente agresiva, de modo que también los tubos del sistema de refrigeración abierto necesitan una configuración y un mantenimiento correspondiente.

A partir de este estado de la técnica, el objetivo de la invención es proporcionar un sistema de refrigeración mejorado para una disposición costa afuera.

Este objetivo se logra mediante un sistema de refrigeración para una disposición costa afuera del tipo mencionado al principio. Este está caracterizado por que el segundo intercambiador de calor está dispuesto al menos parcialmente en la por lo menos una cavidad inundable.

La invención asume que una subestación está dispuesta por debajo de la superficie del agua en un casco hermético al agua cerca del fondo del mar, por ejemplo, directamente sobre el fondo del mar o también hundido por lo menos parcialmente en el mismo. Esto ofrece una pluralidad de ventajas, por ejemplo, que los cables de energía eléctrica a colocar en forma de estrella desde la subestación hasta las turbinas de viento individuales pueden llevarse directamente sobre el fondo del mar y no tienen que descenderse primero hasta el fondo del mar desde una subestación dispuesta por encima de la superficie del agua.

Un casco semejante presenta preferiblemente varias cavidades inundables que están diseñadas de tal manera que el casco puede ser llevado flotando hacia el sitio de operación con la subestación premontada con cavidades o tanques de lastre no inundados. Una vez allí, se inundan las cavidades o los tanques de lastre, de modo que el casco se hunde sobre el fondo del mar, en donde entonces es anclado firmemente. El casco debe diseñarse preferiblemente por completo con paredes dobles para realizar así también mayor seguridad contra un daño de una pared de cubierta. Las cavidades formadas entre las paredes de la pared doble pueden realizarse de manera conveniente como tanques de lastre.

La idea básica de la invención consiste ahora en utilizar, en lugar de un circuito de refrigeración abierto, un circuito de refrigeración secundario cerrado y disponer el segundo intercambiador de calor que debe descargar el calor residual al entorno más frío, no en el agua abierta, sino en un tanque de lastre o una cavidad inundable. Esto ofrece una serie de ventajas, por ejemplo, un aumento significativo de la seguridad de la tripulación de tal subestación bajo el agua, siempre que la misma se encuentre en ese momento a bordo, por ejemplo, para fines de mantenimiento. De acuerdo con la invención, una fuga en el circuito de refrigeración lleva, en el peor de los casos, solo a un drenaje del contenido de agua de un tanque de lastre inundado hacia el espacio interior del casco, mientras que el casco estaría inundado por completo en muy poco tiempo en una disposición convencional con un circuito de refrigeración abierto.

Ventajosamente se impide también la formación de incrustación o incluso, por ejemplo, de bancos de mejillones, por ejemplo, en el forro exterior de la estación del casco, porque no existe ningún sitio central en absoluto para la salida del agua de refrigeración calentada que favorecería esto. Además, se reduce significativamente el riesgo de corrosión de los tubos del sistema de refrigeración, debido a que el agua presente en las cavidades o tanques de lastre inundados por lo general no se intercambia. Por lo tanto, no se suministra continuamente agua fresca rica en oxígeno, de modo que el agua en las cavidades tiene sólo una cantidad limitada de sustancias agresivas. Además, el sistema de refrigeración secundario cerrado puede llenarse con un refrigerante o agente frigorífico particularmente apropiado, por lo que se puede incrementar la potencia frigorífica. Ventajosamente se evita también el flujo de agua marina agresiva a través de los tubos del sistema de refrigeración.

Sin embargo, debido a la gran superficie de contacto que tienen... [Seguir leyendo]

1. Sistema de refrigeración para una disposición costa afuera (40) , con un espacio interior (12, 42) que está delimitado por una pared de cubierta (14, 16, 44, 46, 48) diseñada por lo menos por secciones con pared doble, en 5 donde se puede inundar con agua por lo menos una cavidad (18, 50, 52) formada por secciones entre la respectiva pared de cubierta exterior (16, 48) e interior (14, 46) , con por lo menos un circuito cerrado de refrigerante (20, 54) que comprende por lo menos un primer intercambiador de calor (22, 56) para recibir una potencia calorífica (26) producida en el espacio interior (12, 42) y por lo menos un segundo intercambiador de calor (24, 58) para descargar la potencia calorífica recibida (28) , caracterizado por que el segundo intercambiador de calor (24, 58) está

dispuesto al menos parcialmente en la por lo menos una cavidad inundable (18, 50, 52) .

2. Sistema de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el primer intercambiador de calor (22, 56) está previsto para recibir una potencia calorífica residual (26) de una subestación (32) dispuesta en el espacio interior (12, 42) .

3. Sistema de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la pared de cubierta (14, 16, 44, 46, 48) es tan pronunciada que el espacio interior (12, 42) , sin que el mismo sea inundado, puede disponerse por lo menos en gran parte por debajo de un nivel de agua (64) en unas aguas (62) .

4. Sistema de refrigeración de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la por lo menos una cavidad inundable (18, 50, 52) es un tanque de lastre.

5. Sistema de refrigeración de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el

segundo intercambiador de calor (24, 58) comprende tubos intercambiadores de calor dispuestos en forma de 25 meandro (36) y/o helicoidal que están dispuestos en la por lo menos una cavidad inundable (18, 50, 52) .

6. Sistema de refrigeración de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que en la pared de cubierta exterior (16, 48) está provista por lo menos una aleta de refrigeración (38) que se proyecta hacia dentro de la por lo menos una cavidad inundable (18, 50, 52) .

7. Sistema de refrigeración de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el segundo intercambiador de calor (24, 58) está dispuesto con un desplazamiento vertical por encima del primer intercambiador de calor (24, 58) , de modo que se produce una circulación natural del refrigerante.

8. Sistema de refrigeración de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el mismo está dispuesto en gran parte por debajo de un nivel de agua (64) en unas aguas (62) y la por lo menos una cavidad inundable (18, 50, 52) está inundada con agua.