ESTRUCTURA FLOTANTE DE HORMIGÓN PREFABRICADO PARA SOPORTE DE AEROGENERADOR.

Estructura flotante de hormigón prefabricado para soporte de aerogenerador.

La plataforma objeto de la presente invención se basa en una plataforma monolítica flotante de tipo SPAR, prefabricada en hormigón y precomprimida mediante armaduras activas.

La estructura está formada por un tramo de geometría cilíndrica (13), que hace las funciones de elemento de flotación y otro superior, situado por encima de la superficie marina (12), de forma cilíndrica y/o troncocónica, que sirve para el soporte del aerogenerador.

La fijación de la estructura al fondo marino se realiza mediante líneas 20 de cables, a través de elementos de lastre pesados o pilotes de succión (16), capaces de contrarrestar las componentes vertical y horizontal inducidas por los cables.

Estructura flotante de hormigón prefabricado para soporte de aerogenerador.

El objeto principal de la invención se refiere a una estructura flotante construida con hormigón para el soporte de aerogeneradores de gran potencia. Se enmarca en el ámbito de las energías renovables, en concreto en el aprovechamiento de la energía eólica en el mar, planteando su uso en zonas marítimas de gran profundidad, mayor de ciento cincuenta metros.

ANTECEDENTES

En el contexto que la tendencia global se decanta por el uso de las energías renovables, de entre ellas la tecnología referente a la extracción de energía eléctrica a partir del viento ha sufrido en un corto período de tiempo un importante impulso tecnológico y de I+D.

Los avances más significativos se han traducido, y siguen traduciéndose, en aerogeneradores con potencias mucho más elevadas que las de sus predecesores, más ligeros y con mayor vida útil. Éste hecho ha permitido el planteamiento y explotación de diseños de estructuras para el soporte de aerogeneradores situados en el mar, donde los costes relativos a la cimentación necesaria para estas estructuras son considerablemente más importantes que en las estructuras cimentadas en tierra (onshore) y que con la existencia de aerogeneradores de gran potencia, que por otra parte no requieren de estructuras de soporte significativamente más costosas que para sus predecesores, permiten desde un punto de vista comercial absorber los costes extra derivados del emplazamiento en el mar a cambio de una mayor potencia instalada.

Pese a las numerosas ventajas que la tecnología de la aerogeneración en el mar ha demostrado tener hasta el momento, éstas se han visto empañadas por la dificultad de hallar ubicaciones marinas con condiciones de viento favorables y a su vez con batimetrías que permitan la fijación de éstas estructuras en profundidades máximas del orden de los 50 metros a cierta distancia de la costa, donde sea posible la instalación de grandes parques eólicos marinos que no generen un importante impacto, principalmente visual desde el punto de vista de la aceptación social de la infraestructura.

Es en este punto donde cobra sentido el diseño de plataformas flotantes para el soporte de aerogeneradores, puesto que permiten la instalación de grandes parques eólicos alejados de la costa y con gran independencia de la profundidad de la zona considerada.

Hasta la fecha se han desarrollado algunas patentes en cuanto a diferentes diseños de plataformas flotantes para dicho fin, de las cuales cabe destacar las patentes WO2010106208 y WO2006132539, que por su simplicidad permiten garantizar la estabilidad del sistema sin necesidad de recurrir a elementos activos de control de estabilidad más allá de los propios relativos a los aerogeneradores.

La patente US20060165493 describe un diseño formado por 3 puntos de flotación diferenciados, con un sistema activo de transferencia de fluido de lastrado entre ellos que se traduce en importantes costos de mantenimiento, además del aumento de coste debido a la existencia de los múltiples puntos de flotación.

Otros diseños como los presentados en WO2010110329 y WO2010110330 mantienen una filosofía parecida al propuesto en WO2006132539, introduciendo métodos de instalación que permiten facilitar su colocación en el emplazamiento definitivo.

En todos los casos anteriores, el material base de la construcción es el acero, limitando el uso del hormigón a la concepción del peso de lastrado en algunos de ellos (WO2010110329 y WO2010110330) .

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La plataforma objeto de la presente invención se basa en una plataforma flotante de tipo SPAR, prefabricada en hormigón en toda su longitud formado un sólo elemento monolítico con geometrías cilíndrica y troncocónica.

La estructura permite garantizar la estabilidad, adoptando ángulos máximos de escora del orden de 4º a 10º, perfectamente asumibles por los aerogeneradores existentes.

La principal novedad introducida respecto otras patentes existentes como la WO2006132539 es la consideración del hormigón como material de construcción básico en dicha estructura.

Comparando el hormigón con el acero en ambientes de agresividad importante por cloruros, como es el caso del ambiente marino, el hormigón presenta una muy buena durabilidad, con una importante disminución de las tareas de inspección y mantenimiento, no siendo necesario el uso de pinturas especiales de protección ni de ánodos de sacrificio. Asimismo, pese a que el hormigón normal presenta una permeabilidad baja, se propone el uso de ciertas adiciones que permitan aumentar tanto la compacidad (impermeabilidad) como la resistencia final del hormigón. Asimismo, el monolitismo de la estructura, evitando la presencia de juntas entre distintas piezas (p.e. flotador y torre) mejora las condiciones de durabilidad de la misma. Además, puede suponer una clara ventaja constructiva al reducir el número de operaciones.

La estabilidad del sistema se basa en la generación de un par estabilizador debido a la distancia entre el centro de carena (CdC) y el centro de gravedad (CdG) del sistema. A diferencia de otras soluciones como la propuesta en WO2010106208, donde la geometría juega un papel muy importante en la maximización de la distancia entre el CdG y el CdC, en este caso se ha previsto una geometría simple, que permita el hormigonado sin geometrías complejas ni elementos singulares, garantizando la separación necesaria entre CdG y CdC gracias al uso de materiales con una relación densidad/coste que permitan rebajar de forma drástica el CdG del sistema sin suponer un coste inviable para su ejecución, como pueden ser ciertos tipos de áridos.

La estructura está formada por un tramo inferior cilíndrico hueco, que hace las funciones de elemento de flotación y otro superior, situado por encima de la superficie marina, de forma cilíndrica y/o troncocónica, que sirve para el soporte del aerogenerador. En ambos tramos se prevé la disposición de distintas aberturas que conecten el interior de la estructura con el exterior, con sus correspondientes sistemas de apertura/sellado, para fines de construcción y/o mantenimiento. El material de lastre se debe disponer en la parte inferior del tramo cilíndrico de forma que se rebaje el CdG del conjunto “estructura-lastre” por debajo del CdC, garantizando así su estabilidad hidrostática.

Las dimensiones de este tipo de estructura, considerando un par estabilizante suficiente para contrarrestar la acción del aerogenerador, se hallan entre los 110 y los 320m totales, dependiendo de la relación diámetro/lastre utilizada, considerando unl rango de diámetros posibles de entre 5 hasta 15, 2m. Otras dimensiones no podrían ya ser consideradas como soluciones tipo SPAR, ya que manteniendo la tipología estructural planteada carecerían de estabilidad hidrostática.

Debido a la escasa resistencia del hormigón a los esfuerzos de tracción, y a que se trata de una estructura donde las acciones externas generan grandes esfuerzos de flexión, la estructura debe ser pretensada para evitar la descompresión del hormigón, evitando fallos por tracción así como las posibles fisuras que puedan afectar a laestanqueidad del sistema. Éste hecho implica la necesidad de grosores de hormigón que permitan no tan solo limitar el valor máximo de las tensiones de compresión (inferiores a la tercera parte de la resistencia característica del hormigón) , evitando a su vez la descompresión y la abertura de fisuras, sino que deben ser suficientes como para evitar la acción degradante de los vectores ambientales. En función del tipo de hormigón empleado, la localización dentro de la propia estructura y el diámetro considerado, estos grosores varían desde 20 hasta 100cm.

La base del tramo inferior presenta forma de hemiesfera a fin que la presión hidrostática asegure un buen confinamiento del hormigón, minimizando los esfuerzos de flexión y permitiendo un recorrido óptimo de las vainas para la armadura activa.

La unión entre el aerogenerador y la estructura de hormigón se resuelve mediante el remate en coronación de la estructura con una pletina anular de acero que permite la conexión entre ésta y la corona de giro de la góndola del aerogenerador. Adicionalmente esta pletina hace las funciones de placa de reparto para el pretensado de las armaduras activas previstas, de forma que queda perfectamente asegurada la unión hormigón-pletinaaerogenerador.

La fijación de la estructura al fondo marino se plantea realizarla mediante líneas de cables, tendiendo a evitar al máximo la deformación por peso propio que produce la típica forma de catenaria. Este efecto se prevé...

1. Estructura flotante para el soporte de aerogeneradores u otros elementos, caracterizado por ser una estructura prefabricada monolítica de hormigón armado y pretensado, con tramos cilíndricos y troncocónicos de longitud total comprendida entre 110 y 320 metros, cuyo tramo inferior sumergido contiene el lastre.

2. Estructura flotante hormigón de acuerdo a la reivindicación 1, cuyos diámetros exteriores están comprendidos entre 2.8 y 15.2 metros y cuyos espesores están comprendidos entre 20 y 100 centímetros.

3. Estructura flotante de acuerdo a la reivindicación 1 y 2, donde el estado tensional de compresión permanente en la estructura de hormigón se alcanza mediante el uso de armaduras activas (tendones de acero) embebidas en el hormigón, ya sea desnudas o en vainas de protección, que ancladas en diferentes puntos de la estructura se tensaran mediante el uso de gatos hidráulicos una vez el hormigón haya adquirido una mínima resistencia a compresión tras el hormigonado de las piezas.

4. Estructura flotante de acuerdo a las reivindicaciones 1, 2 y 3, donde la parte inferior del cilindro de flotación es de forma hemiesférica y a través de la cual se da continuidad a las armaduras activas.

5. Estructura flotante de acuerdo a las reivindicaciones 1, 2 y 3, donde la unión entre la estructura de hormigón y el aerogenerador se realiza a través de una placa metálica en sección cajón que a su vez se fija al hormigón realizando ambas funciones, la de sujeción del aerogenerador y la de placa de reparto para los anclajes superiores de las armaduras activas de la torre.

6. Estructura flotante de acuerdo a la reivindicación 1 y 2, donde los cables de fijación al lecho marino disponen de adiciones de material de baja densidad que compensa al menos el 50% de su peso sumergido.