Estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas y procedimiento para su construcción e instalación.

Estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas y procedimiento para su construcción e instalación.

La estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas comprende una torre (1) que define una porción superior (1a) donde se puede montar una turbina eólica y una porción inferior (1b) que está sumergida, al menos parcialmente, en el mar, y se caracteriza porque también comprende una plataforma de flotación (2) formada de una sola pieza con dicha torre (1) y que está formada alrededor de dicha porción inferior (1b) de la torre. La invención también se refiere al procedimiento para la construcción de dicha estructura y al procedimiento para su instalación.

Permite sumar las ventajas del reducido coste del hormigón como material, una geometría sencilla y de fácil ejecución en dicho material y un calado suficientemente pequeño para poder instalar la estructura de acuerdo con la presente invención en un amplio rango de profundidades: desde aguas intermedias hasta aguas profundas.

Estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas y procedimiento para su construcción e instalación

La presente invención se refiere a una estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas y a su procedimiento de construcción y de instalación, en particular, a una estructura flotante de una sola pieza de hormigón, lastrada y de bajo calado para soportar turbinas eólicas marinas.

Antecedentes de la invención

Las turbinas eólicas se utilizan para producir electricidad a partir del viento y se colocan en los lugares más adecuados para poder conseguir la máxima productividad.

Un tipo de turbinas eólicas son las turbinas eólicas marinas, que se instalan en el mar y, para ello, requieren una estructura para su soporte. Las estructuras para el soporte de turbinas eólicas marinas pueden ser de dos tipos: flotantes o que se apoyen sobre el lecho marino.

Las estructuras flotantes para el soporte de turbinas eólicas marinas comprenden una torre en cuyo extremo superior se monta la turbina eólica y una plataforma de flotación, estando sujeta la estructura al lecho marino mediante unos tirantes.

Teniendo en cuenta la preocupación existente en la industria por la rentabilidad de dichas estructuras, el empleo del hormigón ha demostrado ser una solución buena y eficiente en la industria del gas y del petróleo. Además, el hormigón es un material muy competitivo cuando se necesitan producciones a gran escala.

Una de las principales preocupaciones en el diseño de plataformas flotantes de hormigón es cómo evitar las tracciones en los elementos. Las tensiones de tracción pueden producir fisuras que rompen la estanquidad, así como también reducen la vida útil de la estructura a causa de la agresividad del ambiente marino. La existencia de tensiones de tracción es también crítica para la resistencia a la fatiga.

La mayoría de diseños de plataformas en hormigón emplean una torre de acero conectada a

la plataforma de flotación con una pieza de transición. Dichos diseños de plataforma conllevan una gran reducción del coste en los componentes de la plataforma (al ser de hormigón). Sin embargo, los costes del acero de la torre y su mantenimiento asociado, así como de la pieza de conexión son similares al de una plataforma de acero.

Además, es bien conocido que las conexiones son siempre el punto más débil de las estructuras en alta mar, ya que suelen ser muy sensibles a la fatiga, particularmente la pieza de transición entre la torre y la plataforma.

Se conoce la estructura descrita en el documento WO 2013/093160, que está formada por una torre con una sección cilíndrica inferior que actúa como elemento de flotación y una sección cilíndrica y/o troncocónica superior que actúa como soporte para la turbina eólica. Esta estructura es de una sola pieza de hormigón.

En esta estructura, la flotación del sistema se garantiza mediante la sección cilíndrica inferior de hormigón, que presenta un cierto resguardo sobre la superficie media del nivel del mar y que se encuentra lastrada mediante el añadido de árido y agua en su parte inferior, rematado inferiormente mediante casquete hemisférico para asegurar que el hormigón de la zona trabaje fundamentalmente a compresión y no aparezcan fisuras debidas a esfuerzos de tracción resultantes de posibles flexiones o tiros.

Esta estructura presenta el inconveniente de que necesita un gran calado y debe ser colocada bastante alejada del mar, por lo que los cables que transmiten la energía eléctrica a tierra requieren conducciones largas. Además, este tipo de turbinas eólicas no son apropiadas para cerca de la costa, sino para sitios alejados de la costa con gran calado.

Esta misma estructura se describe en el documento WO2013/117796, que se refiere al procedimiento para su instalación y mantenimiento.

Descripción de la invención

Con la estructura y los procedimientos de la invención se consiguen resolver los inconvenientes citados, presentando otras ventajas que se describirán a continuación.

De acuerdo con un primer aspecto, la presente invención se refiere a una estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas, que comprende una torre que define una porción

superior donde se puede montar una turbina eólica y una porción inferior que está sumergida, al menos parcialmente, en el mar, y se caracteriza porque también comprende una plataforma de flotación formada de una sola pieza con dicha torre y que está formada alrededor de dicha porción inferior de la torre.

Ventajosamente, dicha torre y dicha plataforma de flotación son de hormigón pretensado.

De acuerdo con la realización preferida, dicha plataforma de flotación comprende:

- una placa de base en contacto con el extremo inferior de dicha torre;

- una pared lateral de planta circular; y

- una placa superior provista de un orificio central para el paso de dicha torre.

Además, dicha plataforma de flotación también comprende ventajosamente un lastre, por ejemplo formado por áridos de lastre.

De acuerdo con dicha realización, la plataforma de flotación también comprende una pluralidad de paredes interiores dispuestas radialmente entre dicha torre y dicha pared lateral, y dichas paredes interiores comprenden preferentemente una pluralidad de orificios.

Para permitir el acceso y colocar el lastre, dicha plataforma de flotación también comprende una trampilla de acceso.

Preferentemente, dicha placa superior está colocada inclinada, de manera que está a una altura superior en la parte central que en la parte exterior, y dicha porción superior de la torre es cónica y dicha porción inferior de la torre es cilindrica.

Ventajosamente, la relación entre la altura y el radio de la plataforma de flotación (2) es aproximadamente de 1:1.

De acuerdo con un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para la construcción de una estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas de acuerdo con el primer aspecto, que se caracteriza porque comprende las siguientes etapas:

- montaje de la placa de base de la plataforma de flotación;

- montaje de las paredes interiores sobre dicha placa de base;

- montaje de la pared lateral sobre el perímetro de dicha placa de base;

- montaje de la porción inferior de la torre;

- montaje de la placa superior sobre la pared lateral y unida en su parte central a dicha porción inferior de la torre;

- colocación del lastre; y

- montaje de la porción superior de la torre sobre dicha porción inferior.

El montaje de dicha torre se realiza preferentemente mediante encofrados trepantes/deslizantes, y la colocación del lastre se realiza mediante una trampilla en dicha plataforma de flotación.

De acuerdo con un tercer aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para la instalación de una estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas de acuerdo con dicho primer aspecto, que se caracteriza porque comprende las siguientes etapas:

- construir la estructura flotante;

- desplazar la estructura flotante a su posición de instalación;

- sumergir dicha estructura de manera que la parte superior de dicha plataforma de flotación presente un calado superior a 10 metros y la parte inferior de dicha plataforma de flotación presente un calado inferior a 45 metros.

Además, dicho procedimiento también comprende amarrar dicha estructura flotante al lecho marino mediante una pluralidad de tirantes.

Con la estructura y los procedimientos de acuerdo con la presente invención se consigue, por lo menos, las siguientes ventajas:

Permite sumar las ventajas del reducido coste del hormigón como material, una geometría sencilla y de fácil ejecución en dicho material y un calado suficientemente pequeño para poder instalar la estructura de acuerdo con la presente invención en un amplio rango de profundidades: desde aguas intermedias hasta aguas profundas;

Además, con el calado propuesto, es posible remolcar la estructura verticalmente, lo que permite que su producción e instalación sea económicamente más eficiente que las de las plataformas de mucho mayor calado.

También permite garantizar la estabilidad que requirieren las turbinas eólicas de 5 o más MW en operación, con una inclinación media de 3 a 4° para el empuje máximo en operación con un oleaje normal. En condiciones extremas, la estabilidad está garantizada con inclinaciones máximas en el rango de 5 a 10°, dependiendo de las condiciones marítimas.

También asegura una rigidez y un momento estabilizador que limitan la inclinación...

1. Estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas, que comprende una torre (1) que define una porción superior (1a) donde se puede montar una turbina eólica y una porción inferior (1b) que está sumergida, al menos parcialmente, en el mar, caracterizada porque también comprende una plataforma de flotación (2) formada de una sola pieza con dicha torre (1) y que está formada alrededor de dicha porción inferior (1b) de la torre.

2. Estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha torre (1) y dicha plataforma de flotación (2) son de hormigón pretensado.

3. Estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en la que dicha plataforma de flotación (2) comprende:

- una placa de base (3) en contacto con el extremo inferior de dicha torre (1);

- una pared lateral (4) de planta circular; y

- una placa superior (5) provista de un orificio central para el paso de dicha torre (1).

4. Estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha plataforma de flotación (2) también comprende un lastre (6).

5. Estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha plataforma de flotación (2) también comprende una pluralidad de paredes interiores (7) dispuestas radialmente entre dicha torre (1) y dicha pared lateral (4).

6. Estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas de acuerdo con la reivindicación 5, en la que dichas paredes interiores (7) comprenden una pluralidad de orificios (8).

7. Estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha plataforma de flotación (2)

también comprende una trampilla de acceso.

8. Estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas de acuerdo con la

reivindicación 3, en la que dicha placa superior (5) está colocada inclinada, de manera que está a una altura superior en la parte central que en la parte exterior.

9. Estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas de acuerdo con la

reivindicación 1, en la que dicha porción superior (1a) de la torre es cónica y dicha porción

inferior (1b) de la torre es cilindrica.

10. Estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas de acuerdo con la

reivindicación 1, en la que la relación entre la altura y el radio de la plataforma de flotación (2) es aproximadamente de 1:1.

11. Procedimiento para la construcción de una estructura flotante para soporte de turbinas eólicas marinas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

- montaje de la placa de base (3) de la plataforma de flotación (2);

- montaje de las paredes interiores (7) sobre dicha placa de base (3);

- montaje de la pared lateral (4) sobre el perímetro de dicha placa de base (3);

- montaje de la porción inferior (1b) de la torre (1);

- montaje de la placa superior (5) sobre la pared lateral (4) y unida en su parte central a dicha porción inferior (1b) de la torre (1);

- colocación del lastre (6); y

- montaje de la porción superior (1a) de la torre (1) sobre dicha porción inferior (1b).

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el montaje de dicha torre (1) se realiza mediante encofrados trepantes/deslizantes.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la colocación del lastre (6) se realiza mediante una trampilla en dicha plataforma de flotación (2).

14. Procedimiento para la instalación de una estructura flotante para soporte de turbinas 5 eólicas marinas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

- construir la estructura flotante;

- desplazar la estructura flotante a su posición de instalación;

- sumergir dicha estructura de manera que la parte superior de dicha plataforma de flotación (2) presente un calado superior a 10 metros y la parte inferior de dicha plataforma de flotación (2) presente un calado inferior a 45 metros.

15. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, que también comprende amarrar dicha estructura flotante al lecho marino mediante una pluralidad de tirantes.