Mejoras en el procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro.

Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro, en concreto de una subestructura, que comprende básicamente los pasos de:

a) fabricar en seco un cimiento comprendiendo un bloque hecho principalmente de hormigón y fabricar en seco un tramo de base de un fuste; b) aplicar dicho tramo de base a dicho bloque de cimiento, formando un conjunto denominado "unidad de partida; c) desplazar dicha unidad de partida hasta el punto de instalación de dicha subestructura; y d) accionar de manera controlada unos primeros medios de válvula de lastrado de una manera tal que dicha unidad de partida se hunde hasta reposar en el fondo; habiendo colocado dicho bloque de cimiento o dicha unidad de partida en la masa de agua en la que se encuentra el punto de instalación de dicha subestructura.

Perfeccionamiento en el objeto de la solicitud de patente P201001212 para "procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un perfeccionamiento en el objeto de la solicitud de patente P201001212 para "procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro”, relativa más concretamente a un procedimiento de instalación de una torre hecha fundamentalmente de hormigón, para uso aguas adentro (denominada por tanto habitualmente “off-shore”) .

En particular, la presente invención se refiere a un procedimiento de instalación de un fuste de torre hecho principalmente de hormigón, de tipo semi-sumergido (o semi-emergido) en condición instalada, y de un correspondiente cimiento de torre hecho también principalmente de hormigón, de tipo sumergido en condición instalada.

Esta clase de montajes se usa especialmente como soporte para aerogeneradores, y en tal caso se denomina globalmente “subestructura”. A lo largo de esta memoria descriptiva, por motivos de simplificación, se usará pues la palabra subestructura para hacer referencia al conjunto de fuste y cimiento, sin por ello limitar el alcance de la descripción o de las reivindicaciones a la aplicación del objeto de la invención a aerogeneradores.

Esta invención es aplicable tanto a subestructuras que están hechas mayoritariamente de hormigón a lo largo de toda su extensión como a subestructuras que tienen un cimiento hecho mayoritariamente de hormigón y un fuste hecho mayoritariamente de hormigón hasta cierta altura por encima del nivel del agua y mayoritariamente de otro material (por ejemplo, acero) por encima de dicha cierta altura.

Por lo tanto, el principal sector de aplicación de la invención es el sector de la industria de las energías renovables o verdes, especialmente la energía eólica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Es notorio el protagonismo que la energía de origen eólico ha adquirido en los últimos años, en España, en Europa y en el resto del mundo. Y todas las previsiones apuntan a un crecimiento sostenido de la generación de energía eólica en todo el mundo. Las políticas energéticas de los países más avanzados y con mayor poder económico incluyen entre sus objetivos una creciente presencia de la energía eólica.

En este contexto, empiezan a hacer acto de presencia los parques eólicos en el mar, confirmándose las previsiones de un gran crecimiento en la aplicación de esta tecnología en los próximos años. Los parques eólicos construidos en el mar son ciertamente más costosos, dependiendo lógicamente del calado de las aguas en las que se ubican, pero la calidad del viento es mayor, su velocidad más alta y su turbulencia menor y, en consecuencia, mayor el número de horas de producción, lo que sumado a la mayor densidad del aire a nivel del mar genera mayores ingresos que en los parques en tierra, compensando el sobrecoste de la inversión inicial.

Es ya frecuente, en particular en Alemania, en las Islas Británicas y en los países nórdicos, la promoción y construcción de parques eólicos en el mar y es notabilísimo el número de parques eólicos marinos que están en estudio, en coherencia con las previsiones de crecimiento de este tipo de parques íntimamente ligadas a los objetivos estratégicos fijados a nivel gubernamental para alcanzar ciertas cuotas de producción de energía renovable. La tendencia a emplear aerogeneradores de mayor potencia y tamaño, con el objetivo de reducir el coste unitario de la potencia instalada, ha sido una constante en el desarrollo de los aerogeneradores y es si cabe más marcada en el caso de la eólica marina. Prácticamente todos los grandes fabricantes de aerogeneradores tienen en estudio o en fase avanzada de desarrollo modelos de gran potencia, 3 y más megavatios, adaptados a las condiciones marinas que son particularmente exigentes. Ello a su vez supone un notable incremento en las solicitaciones y requerimientos sobre la subestructura –cimiento y fuste- que habrán de soportar los aerogeneradores, lo que unido a su empleo en emplazamientos de creciente profundidad, exigirá el desarrollo de conceptos novedosos para dicha subestructura, de capacidad incrementada y coste competitivo.

Sin carácter limitativo, a continuación se relacionan y describen a nivel orientativo cuales son las soluciones generalmente contempladas en el estado actual de la técnica que se vienen planteando para la construcción de parques off-shore.

Para las bajas profundidades:

• Monopila hincada metálica (monopile) , sin solución de continuidad con el propio fuste metálico tubular de la torre.

• Cimentaciones por gravedad (gravity based foundations) : zapatas de hormigón estructural, a menudo con pedestales. Se transportan y fondean con barcazas y/o grúas marinas.

• Cubo de succión (suction bucket) : Basado en el hincado de cubos estancos en el subsuelo marino y el consiguiente aprovechamiento de las diferencias de presión generadas.

Para profundidades medias y altas:

• Trípode (Tripod) : La torre metálica apoya sobre una estructura de tres patas inclinadas, que apoyan sobre el terreno mediante pilotes hincados u otro sistema similar. La torre puede estar centrada con respecto a las patas del trípode o situada sobre una de ellas.

• Tripila (Tripile) : La torre metálica apoya, mediante una pieza de transición en forma de aspa de 3 brazos, sobre 3 pilas verticales sumergidas e hincadas en el lecho marino.

• Celosía (Jacket) : La torre metálica apoya mediante una estructura en celosía de cuatro patas o cordones.

Para muy altas profundidades se han planteado soluciones por flotación ancladas al fondo marino.

Una revisión del estado de la técnica permite hacer las siguientes consideraciones para la generalidad de los casos:

• Todas las soluciones se basan en fustes para las torres de tipo tubular metálico.

• Las soluciones para profundidades medias y altas pasan por un cambio en la tipología del fuste de la torre, con una torre tubular metálica en la parte emergida y un elemento muy diferenciado para la parte sumergida (trípode, celosía, etc.) .

• Las cimentaciones por gravedad de hormigón se plantean para profundidades reducidas, como estructuras semi-sumergidas, y con un concepto de instalación mediante grúas marinas.

Entre las principales desventajas y limitaciones que pueden tener las soluciones conocidas que se plantean para la subestructura de un aerogenerador off-shore, cabe destacar las siguientes:

• Elevados costes derivados de los escasos y costosos medios marinos para el transporte, manipulación e izado de los elementos de cimentación, torre y turbina.

• Reducida perdurabilidad del acero en el medio marino, con las agresivas condiciones de humedad y salinidad, en particular en las zonas de carrera de marea. En consecuencia, elevados y costosos requerimientos de mantenimiento. Ello, unido a la alta sensibilidad de las estructuras metálicas a las cargas de fatiga, limita la vida útil de los componentes metálicos de la subestructura.

• Muy sensibles al choque de embarcaciones, icebergs y objetos a la deriva en general.

• Gran dependencia de una compleja e incierta geotecnia en los casos diferentes de la cimentación por gravedad.

• En los casos de elevada profundidad: complejas, delicadas y costosas zonas de transición entre el fuste tubular emergido de la torre, y los elementos de tipología diferenciada y parcialmente sumergidos que conectan con el cimiento a cota de fondo.

• Elevado impacto ambiental en las soluciones mediante pilotes hincados, por el ruido y vibraciones que generan durante su ejecución.

• Incertidumbres derivadas de la variabilidad del coste del acero, notablemente más acentuada que la del hormigón.

• Alta sensibilidad de los críticos detalles de conexión con cimentaciones mediante pilotes hincados, que deben admitir la reducida precisión de replanteo de las soluciones hincadas y han sido fuente de patologías importantes en parque existentes.

• Las torres tubulares metálicas se basan en la fabricación en taller de partes de tubo de circunferencia cerrada, lo que limita los diámetros máximos en caso de tener que transportarse por carretera. Ello limita la capacidad y altura de las torres. En caso de buscar diámetros mayores a los transportables por carretera mediante la fabricación de las torres en astilleros o instalaciones costeras, se limitan mucho las potenciales industrias y talleres para la fabricación de la torres.

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1. Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro, particularmente de una subestructura que incluye un fuste de torre hecho principalmente de hormigón y un correspondiente cimiento de torre hecho principalmente de hormigón, caracterizado porque:

- dicho fuste queda semi-sumergido en condición instalada y dicho cimiento queda sumergido en condición instalada;

-dicho fuste se forma a partir de más de un tramo;

- dicho procedimiento comprende, en orden cronológico, los pasos de:

a) fabricar en seco dicho cimiento comprendiendo un bloque hecho principalmente de hormigón y fabricar en seco un tramo de base de dicho fuste de torre, siendo dicho bloque de cimiento esencialmente hueco y hermético, teniendo dicho bloque de cimiento primeros medios de válvula de lastrado para abrir un paso al interior de dicho bloque de cimiento y/o teniendo dicho tramo de base segundos medios de válvula de lastrado para abrir un paso al interior de dicho tramo de base, y fabricar en seco al menos un tramo de superposición de dicho fuste,

b) disponer dicho tramo de base y al menos uno de dichos tramos de superposición en una configuración multipiel y aplicar mecánicamente o de manera integral dicho tramo de base a dicho bloque de cimiento de modo que dicho tramo de base y dicho bloque de cimiento asumen la posición relativa prevista para la condición instalada y forman una unidad de partida, manteniéndose dicha configuración multipiel,

c) desplazar dicha unidad de partida incluyendo dicha configuración multipiel, de manera autoflotante, por la masa de agua en la que se encuentra el punto de instalación de dicha subestructura, hasta el punto de instalación de dicha subestructura, y

d) accionar de manera controlada dichos primeros medios de válvula de lastrado de dicho bloque de cimiento y/o dichos segundos medios de válvula de lastrado de dicho tramo de base como para abrir un paso a su interior e introducir lastre a su interior a través de dicho paso de una manera tal que dicha unidad de partida incluyendo dicha configuración multipiel se hunde hasta reposar en el fondo;

- dicho procedimiento comprende además, después del paso a) y antes del paso c) , el paso de:

e) colocar dicho bloque de cimiento en la masa de agua en la que se encuentra el punto de instalación de dicha subestructura, o colocar dicha unidad de partida incluyendo dicha configuración multipiel en la masa de agua en la que se encuentra el punto de instalación de dicha subestructura;

- dicho bloque de cimiento se configura como para tener la flotabilidad requerida para el paso c) y/o dicha unidad de partida incluyendo dicha configuración multipiel se configura como para tener la flotabilidad requerida para el paso c) ;

- dicho tramo de base y dichos tramos de superposición en dicha configuración multipiel comprenden medios de autoelevación.

2. Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el extremo libre (opuesto al extremo aplicado a dicho bloque de cimiento) del tramo de base está destinado a estar por encima del nivel del agua una vez que la unidad de partida está en condición instalada, en el que todos los tramos tienen la misma longitud y en el que la torre se monta telescópicamente extrayendo sucesivamente los tramos de superposición uno por uno empezando desde el más interior, y que comprende además, después del paso a) , disponer un andamio sujeto al fuste de la torre a la altura del extremo libre del tramo de base.

3. Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro de acuerdo una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además, después del paso e) , el paso de:

f) colocar dicha unidad de partida en una posición tal que dichos primeros medios de válvula de lastrado y/o dichos segundos medios de válvula de lastrado están sumergidos al menos parcialmente en la masa de agua en la que se encuentra el punto de instalación de dicha subestructura.

4. Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el lastre que se introduce en el paso d) es agua procedente de la masa de agua en la que se encuentra el punto de instalación de dicha subestructura.

5. Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además, después del paso a) y antes del paso c) , el paso de:

g) aplicar lateralmente a dicha unidad de partida al menos una estructura auxiliar de flotabilidad positiva.

6. Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que:

- después del paso a) y antes del paso c) , dicho procedimiento comprende además el paso de:

h) aplicar al menos un tramo de superposición no incluido en dicha configuración multipiel a dicho bloque de cimiento y/o a dicho tramo de base y/o a dicha estructura auxiliar; y/o

- después del paso a) , dicho procedimiento comprende además el paso de:

h’) desplazar al menos un tramo de superposición no incluido en dicha configuración multipiel, de manera autoflotante, por la masa de agua en la que se encuentra el punto de instalación de dicha subestructura, hasta el punto de instalación de dicha subestructura, estando dichos tramos de superposición no incluidos en dicha configuración multipiel configurados como para tener la flotabilidad requerida.

7. Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que en el paso a) la fabricación en seco de dichos tramos de superposición incluye el premontaje de dovelas hasta formar tramos completos.

8. Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además, después del paso a) y antes del paso c) , el paso de:

j) aplicar unos medios de aerogenerador a dicho bloque de cimiento y/o a dicho tramo de base y/o a dichos tramos de superposición y/o a dicha estructura auxiliar.

9. Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende además, después del paso j) , el paso de:

k) disponer dichos medios de aerogenerador de modo que asumen la posición prevista para la condición instalada.

10. Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además, después del paso a) y antes del paso i) , el paso de:

l) aplicar a dicho bloque de cimiento y/o a dicho tramo de base y/o a dicha estructura auxiliar unos medios de elevación externos para el montaje de torres.

11. Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que en el paso a) dicho bloque de cimiento se divide internamente en recintos estancos mediante tabiques.

12. Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro de acuerdo con la reivindicación 12, en el que en el paso d) la introducción de lastre a dicho bloque de cimiento provoca un lastrado espacialmente selectivo mediante primeros medios de válvula de distribución para poner en comunicación de fluido recintos estancos adyacentes de dicho bloque de cimiento.

13. Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro de acuerdo con la reivindicación 7 y una cualquiera de las demás reivindicaciones anteriores, en el que en el paso a) al menos uno de dichos tramos de superposición no incluidos en dicha configuración multipiel se fabrica cerrado herméticamente por al menos uno de sus extremos.

14. Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro de acuerdo con la reivindicación 14, en el que en el paso a) dichos tramos de superposición no incluidos en dicha configuración multipiel, cerrados herméticamente, se fabrican teniendo terceros medios de válvula de lastrado para abrir un paso al interior de dichos tramos de superposición no incluidos en dicha configuración multipiel, cerrados herméticamente, y permitir el lastrado de dichos tramos de superposición no incluidos en dicha configuración multipiel, cerrados herméticamente.

15. Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro de acuerdo con las reivindicaciones 14, en el que en el paso a) dichos tramos de superposición no incluidos en dicha configuración multipiel, cerrados herméticamente, se dividen internamente en recintos estancos mediante tabiques.

16. Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro de acuerdo con la reivindicación 15, que comprende adicionalmente accionar de manera controlada dichos terceros medios de válvula de lastrado de dichos tramos de superposición no incluidos en dicha configuración multipiel, cerrados herméticamente, como para abrir un paso al interior de dichos tramos de superposición no incluidos en dicha configuración multipiel, cerrados herméticamente, e introducir lastre a dichos tramos de superposición no incluidos en dicha configuración multipiel, cerrados herméticamente, a través de dicho paso; y en el que la introducción de lastre a dichos tramos de superposición no incluidos en dicha configuración multipiel, cerrados herméticamente, provoca un lastrado espacialmente selectivo mediante terceros medios de válvula de distribución para poner en comunicación de fluido recintos estancos adyacentes de dichos tramos de superposición no incluidos en dicha configuración multipiel, cerrados herméticamente.

17. Procedimiento de instalación de torre para uso aguas adentro de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de válvula de lastrado y/o dichos medios de válvula de distribución incluyen medios de accionamiento a distancia y/o medios de accionamiento automático predeterminado.

FIG. 1 FIG. 2 FIG. 3 FIG. 4 FIG. 5 FIG. 6 FIG. 7 FIG. 8 FIG. 9 FIG. 10 FIG. 11 FIG. 12 FIG. 13 FIG. 14 FIG. 15 FIG. 16 FIG. 17 FIG. 18