Estructura de cimentación para aerogeneradores en el mar.

Estructura de cimentación para aerogeneradores en mar; que comprende:

- una pieza central (1) de hormigón, hueca, conformante de un soporte flotante para una torre metálica de sustentación de un aerogenerador (A); - al menos tres flotadores (2) de hormigón distribuidos uniformemente alrededor de la pieza central (1); - unas vigas (3) unidas por sus extremos a dicha pieza central (1) y a los correspondientes flotadores (2) mediante unas articulaciones (31, 32) adecuadas para permitir su abatimiento entre una posición de flotación y transporte de la estructura, y una posición inclinada de fondeo de la estructura sobre el fondo marino; y - unos tirantes (4) desmontables fijados a la pieza central (1) y a los respectivos flotadores (2) de hormigón, impidiendo en el abatimiento de las vigas (3) durante el transporte de la estructura en flotación.

ESTRUCTURA DE CIMENTACIÓN PARA AEROGENERADORES EN EL MAR

Objeto de la invención.

La presente invención se refiere a una cimentación para aerogeneradores en el mar (offshore) que presenta unas particularidades constructivas orientadas a permitir la flotación del aerogenerador totalmente montado y su remolcado desde puerto hasta el punto de instalación, utilizando la misma estructura de flotación para realizar su fondeo e inmovilización sobre el fondo marino.

Campo de aplicación de la invención.

Esta invención es aplicable en la instalación de aerogeneradores en el mar, y por extensión a otros equipamientos tales como plataformas, estructuras o similares.

Antecedentes de la invención.

Actualmente son conocidos diferentes tipos de cimentaciones para generadores o parques eólicos en el mar.

Una primera solución para la cimentación del aerogenerador en el mar es la utilización de monopilotes o multipilotes, consistiendo esta solución en utilizar un pilote de aproximadamente 5,5 metros de diámetro y una altura variable entre 30 y 80 metros dependiendo de la profundidad de agua, con una pieza de transición de entre 15 y 25 metros de altura.

El mencionado pilote se hinca en el lecho marino, sobresaliendo de la superficie del agua. La instalación de estos monopilotes requiere la utilización de martillos, grandes barcos y grúas; realizándose a continuación la colocación de la pieza de transición así como su nivelado y fijación.

Un inconveniente de esta solución es que todos los componentes han de ser remolcados hasta el lugar de ubicación, montándose allí el pilote, la pieza de

transición, y finalmente la torre con el aerogenerador y los diferentes componentes del mismo.

Una segunda solución para la cimentación de estos aerogeneradores en el mar comprende la instalación de una estructura Jacket y trípodes. En este caso los pilotes sobre los que se colocan estas soluciones pueden ser pre-hincados o poshincados. Si se pre-hincan la operación se lleva cabo por un barco independiente, pero si son pos-hincados la operación es realizada por el mismo barco de gran tamaño que realiza la instalación de la estructura Jacket, o un barco dedicado al hincado que asista al barco de instalación de la estructura.

En esta solución los pilotes pueden pesar entre 50 y 200 toneladas, con diámetros que van desde 1,8 a 2,5 metros, y alturas comprendidas entre 20 y 70 metros.

Su diseño está condicionado por las características del fondo marino y las estructuras Jacket y trípodes varían entre 400 y 1.000 toneladas con alturas comprendidas entre 30 y 90 metros. Esta segunda solución presenta el inconveniente de requerir la intervención de barcos y grúas de grandes dimensiones para el manejo e instalación de la cimentación y del aerogenerador correspondiente.

Una tercera solución conocida y utilizada actualmente está constituida por las cimentaciones por gravedad empleadas principalmente en algunos parques eólicos de Bélgica y Dinamarca. Estas cimentaciones por gravedad requieren la preparación del terreno, siendo construidas en tierra y remolcadas o transportadas en grandes barcazas, realizándose su instalación o lastrado sobre el lecho marino con grandes grúas.

El inconveniente de estas cimentaciones por gravedad es que los equipos necesarios para el transporte e instalación de la cimentación tienen un coste muy elevado.

Una cuarta solución consiste en la utilización de aerogeneradores o plataformas flotantes que una vez desplazadas hasta el punto de ubicación se lastran al fondo

marino mediante cadenas y otros medios similares.

Esta solución tiene el inconveniente de proporcionar una menor estabilidad al aerogenerador o elemento que permanece en flotación; respondiendo a una problemática diferente y teniendo el aerogenerador instalado otros requerimientos.

En lo que se refiere a antecedentes regístrales, es conocido por el documento EP 2 479 103A un soporte flotante para estructura offshore que comprende un mástil asociado por su extremo superior a la estructura del generador eólico a soportar y por su parte inferior a unos flotadores equipados con unos medios de recepción de bloques de lastrado para su fijación al fondo marino.

En dicho documento los mencionados flotadores están constituidos por unos tubos dispuestos regularmente alrededor del mástil, inclinados permanentemente hacia la zona inferior, en unas posiciones divergentes, y relacionados entre sí por sus extremos inferiores mediante unos medios para la recepción de los bloques de lastrado, pudiendo estar constituidos dichos medios por unas telas metálicas o unas cadenas.

La disposición permanentemente inclinada de los mencionados tubos o flotadores hacia la zona inferior determina que la cimentación en flotación, es decir, previamente al lastrado, tenga un calado importante lo que dificulta el transporte por flotación del conjunto en fondos marinos de baja profundidad o en zonas próximas la costa; además, no permite controlar la estabilidad del conjunto.

En el documento FR 2 449 029 se describe un sistema que contiene una torre o estructura metálica tipo jacket, como las mencionadas anteriormente, con unos pies susceptibles de reposar sobre el fondo marino por medio de unas bases lastrables, estando las bases unidas mediante vigas susceptibles de ser desmontadas y por unos flotadores fijados sobre las bases.

La solución propuesta en este documento presenta diversos inconvenientes entre los que cabe mencionar la utilización combinada de bases lastrables y de flotadores susceptibles de ser desmontados y reutilizables, utilizando por tanto elementos

independientes para el lastrado y para el transporte por flotación y requiriendo un trabajo adicional de montaje y desmontaje de los flotadores.

Descripción de la invención

La estructura de cimentación para aerogeneradores en el mar, objeto de esta invención, comprendiendo unos medios de flotación para su transporte y unos medios de lastrado para su estabilización sobre el fondo marino, presenta unas particularidades constructivas orientadas a conseguir una serie de ventajas entre las que cabe mencionar: la posibilidad de transportar el aerogenerador totalmente montado sobre la estructura de cimentación; que el conjunto de la estructura de cimentación y el aerogenerador o elemento montado sobre el mismo flota establemente sin necesidad de elementos auxiliares, ajenos a la propia estructura de cimentación; que requiere menor preparación del terreno en la zona de instalación, gracias a que los elementos constituyentes son capaces de adaptarse a distintas pendientes o alturas del terreno y no precisan una superficie completamente lisa y regular para conseguir un posicionamiento vertical del aerogenerador o elemento a soportar; que es transportable con embarcaciones remolcadoras convencionales, haciendo innecesaria la utilización de embarcaciones especiales y grúas de gran tonelaje para el transporte e instalación; que se compone de elementos sencillos y de fácil construcción; que su peso es menor al de las soluciones de gravedad empleadas convencionalmente, que el momento necesario para el vuelco es mayor al de las cimentaciones de gravedad convencionales y que los costes de desmantelamiento de la cimentación son reducidos pudiendo realizarse simplemente mediante el vaciado de un material de lastrado y el reflote de la estructura.

En resumen, esta estructura de cimentación puede ser remolcada hasta el emplazamiento de instalación, flotando de forma estable, y transportando sobre ella la torre y el aerogenerador totalmente montados, permitiendo dicha estructura su auto instalación en el fondo marino mediante el lastrado controlado de sus elementos constituyentes.

Para ello y de acuerdo con la invención esta estructura de cimentación comprende:

una pieza central de hormigón, hueca, conformante de un soporte flotante para una torre metálica de sustentación de un aerogenerador, estando provista dicha pieza central de una cavidad interior adecuada para su lastrado y fondeo en el mar.

La estructura comprende al menos tres flotadores de hormigón, de menor altura que la pieza central, y que delimitan una cavidad hueca adecuada para garantizar su flotación en vacío y su fondeo mediante su llenado con un material de lastrado; encontrándose dichos flotadores distribuidos uniformemente alrededor de la pieza central.

A diferencia de los antecedentes citados, en este caso los flotadores tienen una función estructural una vez instalados, además de aportar flotabilidad y estabilidad naval durante el transporte.

La estructura comprende adicionalmente unas vigas dispuestas radialmente respecto a la pieza...

1Estructura de cimentación para aerogeneradores en mar; del tipo de los que comprenden unos medios de flotación para su transporte y unos medios de lastrado para su estabilización sobre el fondo marino; caracterizada porque comprende: - una pieza central (1) de hormigón, hueca, conformante de un soporte flotante para una torre metálica de sustentación de un aerogenerador (A) y provista de una cavidad interior adecuada para su lastrado y fondeo en el mar; - al menos tres flotadores (2) de hormigón que delimitan una cavidad hueca, adecuada para garantizar su flotación en vacío y su fondeo mediante el rellenado con un material de lastrado; encontrándose dichos flotadores (2) distribuidos uniformemente alrededor de la pieza central (1); - unas vigas (3) dispuestas radialmente respecto a la pieza central (1) y unidas por sus extremos a dicha pieza central (1) y a los correspondientes flotadores (2) mediante unas articulaciones (31, 32) adecuadas para permitir el abatimiento de dichas vigas (3) entre una posición superior de flotación y transporte de la estructura, y una posición inferior de fondeo de los flotadores sobre el fondo marino; - unos tirantes (4) desmontables, alineados verticalmente con las vigas (3), y fijados a la pieza central de hormigón y a los respectivos flotadores de hormigón, de modo que dichos tirantes (4) impiden el abatimiento de las vigas (3) durante el transporte de la estructura en flotación.

2.- Estructura de cimentación, según la reivindicación 1, caracterizada porque al menos la articulación (32) de las vigas (3) con los flotadores (2) de hormigón comprende una rótula, de modo que dichos flotadores (2) pueden inclinarse en cualquier dirección cuando establecen contacto con el fondo marino.

3.- Estructura de cimentación, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las vigas (3) se encuentran articuladas a la pieza central (1) a través de un mecanismo (7) regulador de la inclinación de la pieza central (1), accionable mediante un actuador (71) mecánico o hidráulico.

4.- Estructura de cimentación, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los flotadores (2) se encuentran arriostrados mediante unos elementos horizontales (5) que los unen entre sí, aportando

flotabilidad y estabilidad a la estructura durante su transporte en flotación.