ESTRUCTURA SUMERGIBLE DE SOPORTE ACTIVO PARA TORRES DE GENERADORES Y SUBESTACIONES O ELEMENTOS SIMILARES, EN INSTALACIONES MARÍTIMAS.

Estructura sumergible de soporte activo para torres de generadores y subestaciones o elementos similares,

en instalaciones marítimas que se configura a partir de cuerpos huecos de hormigón unidos entre sí mediante tramos o brazos a través de los que pasa agua de uno a otro, con un sistema de bombeo que regula la inclinación de la estructura en función del momento de vuelco, contando con medios de regulación de inmersión, que regulan la cantidad de agua en los cuerpos huecos de manera que, en su posición de trabajo, el centro de gravedad de la estructura está por debajo del centro de carena de la misma y el área de la sección de la estructura en la línea de flotación es menor que la suma de las secciones sumergidas de dichos cuerpos huecos. Además, el conjunto podrá operar con un sistema de amarrado tradicional o con uno del tipo "único punto de amarre" que permitirá que el conjunto se auto posicione de cara al viento. Por último, para su instalación en zonas de escasa profundidad, se podrá adoptar un diseño especial el cual permita que el conjunto pueda apoyarse sobre el lecho marino reduciendo y homogeneizando las cargas sobre el mismo.

ESTRUCTURA SUMERGIBLE DE SOPORTE ACTIVO PARA TORRES DE GENERADORES Y SUBESTACIONES O ELEMENTOS SIMILARES, EN INSTALACIONES MARíTIMAS

DESCRIPCiÓN OBJETO DE LA INVENCiÓN

La presente invención, estructura sumergible de soporte activo para torres de generadores y subestaciones o elementos similares, en instalaciones marítimas, se refiere a una estructura de soporte del tipo destinado a la sujeción de generadores eólicos y subestaciones u otro tipo de elementos similares que se instalan en el mar, la cual, siendo del tipo que se puede denominar activo, al estar dotada de medios que permiten adaptar su resistencia a los esfuerzos cambiantes que ha de afrontar, presenta, por una parte, la innovadora particularidad de ser de inmersión regulable para quedar parcialmente sumergida en su posición de trabajo, evitando resistencias debidas al oleaje, y, por otra, la de estar ventajosamente realizada en hormigón, haciendo que su coste pueda ser menor por la flexibilidad en la fabricación y su vida útil mucho más prolongada por su resistencia en ambiente marino.

El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector de la industria dedicada a la fabricación de estructuras de soporte marinas, centrándose básicamente en el ámbito de las destinadas a soporte de generadores eólicos y subestaciones o elementos similares.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

Como es sabido, existen elementos técnicos, tales como los generadores de energía eólica, que, para aprovechar al máximo sus prestaciones, se instalan en ubicaciones marítimas, en lugar de terrestres. Tales ubicaciones, sin embargo, plantean problemas de sujeción, debido, por una parte a los distintos niveles de profundidad que puede llegar a tener el fondo marino en la ubicación elegida, como, especialmente, por los esfuerzos que deben afrontar tanto a causa del viento como a causa de los embates del oleaje.

Como referencia al estado actual de la técnica, cabe señalar que, si bien se conocen múltiples soluciones a tales problemas, pocas de ellas son realmente económicamente efectivas.

En tal sentido, cabe mencionar que, como documento más cercano, se tiene conocimiento de la solicitud de patente US2011 0037264A 1, relativa a una "Plataforma marina estabilizada por columnas con placas de atrapamiento de agua y sistema de amarre asimétrico para el apoyo de las turbinas eólicas en el mar" (Column-stabilized offshore platform with water-entrapment plates and asymmetric mooring system for support of

offshore wind turbines) . Dicha solicitud describe una plataforma flotante para un aerogenerador que comprende, al menos, tres columnas estabilizadoras, teniendo cada columna un volumen interior para contener un fluido de lastrado; una torre que es acoplada a la plataforma; un rotor de una turbina acoplado a un generador eléctrico, montados próximos al extremo superior de la torre; travesaños principales que interconectan las tres columnas estabilizadores; planchas situadas en el extremo inferior de las columnas estabilizadoras; y un sistema de control de lastre para mover el fluido de lastrado entre los volúmenes internos de las tres columnas para ajustar el alineamiento vertical de la torre. Dicho documento reivindica una plataforma flotante, un método para desplegar una plataforma semi· sumergible, y un método para operar una plataforma flotante para un aero-generador.

Aunque a la plataforma descrita en dicho documento se le llama semi-sumergible, en realidad es flotante, ya que la gran parte de su volumen queda flotando sobre la superficie, es decir gran parte de las columnas que la forma está fuera del agua y otra parte, sumergida. Por tanto, la línea de flotación corta toda la estructura, los cuerpos de las columnas, y se ve totalmente afectada por el movimiento de las olas. La línea de flotación es la línea formada por la intersección del plano formado por la superficie del agua, o nivel del mar, con la estructura (por ejemplo un buque) , separando la parte sumergida de la no lo está. Dicha línea de flotación puede variar en función de la carga o del estado del agua. Este tipo de estructura funciona como un barco (centro de gravedad por encima del centro de carena) . Ello hace que el sistema de bombas para estabilizarla y mantener la torre vertical, deba compensar el momento de vuelco tanto frente al embate del oleaje como del viento La plataforma incorpora planchas en las bases de las columnas para evitar el vuelco así como para amortiguar el movimiento vertical de arfada, es decir, el movimiento vertical de ascenso y descenso, debiendo ser totalmente montada en tierra y trasladada flotando a su ubicación posteriormente.

Como se ha mencionado, la plataforma del documento US20110037264 comprende un sistema de lastrado interno que utiliza bombas de agua para mover agua entre las distintas columnas o cuerpos. Dicho sistema de bombeo o lastrado comprende uno o más sensores acoplados a un controlador que controla las bombas de agua del sistema. Si un sensor detecta que la plataforma se inclina hacía una de las columnas, el sistema interno de lastrado puede bombear agua fuera de la columna con menos flotabilidad y hacia las otras columnas para aumentar la flotabilidad de dicha columna con menor flotabilidad y para reducir la flotabilidad de las otras columnas. Este movimiento de agua elevará la columna con menor flotabilidad de manera que la torre recupere su alineamiento vertical. Cuando el sensor detecte que el alineamiento vertical se ha recuperado las bombas pararán. Debido a que únicamente es necesario compensar el momento del vuelco aplicado a la estructura, no es obligatorio que se bombee agua adicional desde el exterior de la estructura, pudiendo el sistema de lastrado funcionar en un circuito cerrado.

Por último, otro de los inconvenientes que presenta el objeto de dicha solicitud es que, dado que se menciona que las columnas se pueden construir por la soldadura de secciones tubulares de diámetro uniforme, se deduce que se trata de una estructura ideada para ser construida en acero, lo cual lleva a limitaciones tanto de coste económico en su fabricación y mantenimiento como de vida útil por efectos del ambiente marino.

Sería deseable, pues, contar con una plataforma que evite tales inconvenientes, permitiendo mayor flexibilidad tanto a la hora de su construcción como de su instalación, siendo, como se ha señalado anteriormente, este el objetivo de la presente invención.

EXPLICACiÓN DE LA INVENCiÓN

Así, la estructura sumergible de soporte activo para torres de generadores y subestaciones o elementos similares, en instalaciones marítimas que la presente invención propone es una estructura de soporte para ubicar en el mar torres de generadores y subestaciones o elementos similares, que se configura a partir de un conjunto de cuerpos huecos de hormigón, preferiblemente cilindros (su número puede variar, dependiendo del tamaño y peso del elemento a soportar así como su sección, que no necesariamente será circular) , unidos entre sí por miembros resistentes huecos, tramos o brazos, también de hormigón, que transmiten los esfuerzos entre ellos. En las aplicaciones de la estructura para torres de generadores, se dispondrá de un cuerpo hueco principal sobre el que se situará el mástil del generador. En aquellas aplicaciones en las que la estructura sumergible objeto de la invención soporte una subestación o plataforma, la misma se podrá disponer sobre diferentes mástiles o columnas. Dicho cuerpo hueco principal podrá presentar una sección en su parte superior de menor área que la sección de la parte inferior que permanece sumergida en posición de trabajo buscando así minimizar la superficie en la línea de flotación.

Una estructura de hormigón tiene mejor comportamiento frente a la corrosión bajo el agua marina; en este caso, esto es importante puesto que una gran parte del volumen de la estructura, al menos el 60%, estará sumergida. Asimismo, con el fin de conseguir una estructura sumergida estable, dicha estabilidad se consigue provocando que el centro de gravedad de la misma se encuentra por debajo del centro de carena (centro de gravedad del volumen de agua desplazado por un flotador, para una condición dada, donde se considera aplicada la fuerza de empuje con fines de estabilidad ) . De esta manera, la estructura es autoadrizante.

Así, algunos de dichos cuerpos huecos (o todos, según el diseño) , preferiblemente cilindros, que forman la estructura, están parcialmente llenos de agua, hasta un nivel tal que el conjunto, en su posición de trabajo, es decir, cuando la plataforma está ubicada en su emplazamiento definitivo, se mantiene sumergida a una profundidad suficiente para evitar el efecto de las olas sobre ellos, de manera que solamente...

1. Estructura sumergible de soporte activo para torres de generadores (3) y subestaciones (30) o elementos similares, en instalaciones marítimas que, comprende al menos dos cuerpos (4, 4', 40, 400) huecos, susceptibles de contener agua en su interior, y unidos entre sí mediante al menos un tramo o brazo hueco (5, 50, 500) a través del cual pasa agua de uno a otro, existiendo un sistema de bombeo en al menos uno de dichos cuerpos que regula el desplazamiento del agua entre los mismos, en función del momento de vuelco originado por el viento sobre el elemento (3) , caracterizada porque dichos cuerpos huecos (4, 4', 40, 400) son de hormigón, estando el centro de gravedad de la estructura por debajo del centro de carena de la misma y siendo el area de la sección de la estructura en la línea de flotación menor que la suma de las secciones sumergidas de dichos cuerpos huecos.

2. Estructura, según reivindicación 1, caracterizada porque comprende al menos un mastil o columna (2, 20) en cuyo extremo superior se incorpora un elemento (3, 30) a sustentar, se dispone sobre uno de los cuerpos huecos (4') o cuerpo hueco principal (4')

3. Estructura, según reivindicación 1 o 2, caracterizada porque el cuerpo hueco (4, 4 ', 40, 400) comprende al menos dos secciones, siendo la sección en la línea de flotación, sección de la parte superior, menor que la sección sumergida, sección de la parte inferior,

4. Estructura, según reivindicación 2, caracterizada porque al menos un e mástil o columna (2, 20) determina la sección de la línea de flotación, siendo la sección del mástil menor que la sección sumergida del cuerpo hueco principal, quedando los cuerpos huecos (4, 4', 40, 400) completamente sumergidos y únicamente sobresale por encima de la línea de flotación el mástil o columna (2) .

5. Estructura, según reivindicación 1, caracterizada porque la masa sumergida de la misma es de al menos el 60%.

6. Estructura, según reivindicación 5, caracterizada porque la estructura se encuentra sumergida entre el 60% y el 95%.

7. Estructura, según reivindicación 1, caracterizada porque comprende medios de regulación de inmersión de la plataforma que regulan la cantidad total de agua contenida en dichos cuerpos (4, 4', 40, 400) Y que penetra a través de tomas (6) situadas en dichos cuerpos huecos (4, 4', 40, 400) o en otra posición de la estructura, para controlar la profundidad del conjunto.

8. Estructura, según reivindicación 7, caracterizada porque los medios de regulación de inmersión de la plataforma los constituye el propio sistema de bombeo que regula el desplazamiento del agua entre los cuerpos huecos (4, 4", 40, 400) a través de los tramos o brazos (5, 50, 500) , en función del momento de vuelco.

9. Estructura, según reivindicación 7, caracterizada porque los medios de regulación de inmersión de la plataforma los constituye un sistema de bombeo complementario al sistema de bombeo que regula el desplazamiento del agua entre los cuerpos huecos (4, 4", 40, 400) a través de los tramos (5, 50, 500) , en función del momento de vuelco.

10. Estructura, según reivindicación 2, caracterizada porque el mástil (2, 20) es de hormigón.

11. Estructura, según reivindicación 1 o 2, caracterizada porque comprende una boya (7) de amarre, amarrada al fondo marino (FM) mediante medios de amarre (8) y a la que se fija la estructura (1) mediante medios de sujeción (9) .

12. Estructura, según reivindicación 11 , caracterizada porque los medios de sujeción (9) son un elemento rígido para así mantener una distancia constante entre la estructura

(1) Y la boya (7) además de ayudar a contrarrestar el momento de vuelco originado por las fuerzas del viento.

13. Estructura, según reivindicación 12, caracterizada porque los medios de sujeción (9) comprenden además un elemento flexible para contrarrestar los esfuerzos a tracción provocados por el momento de vuelco originado por las fuerzas del viento.

14. Estructura, según reivindicación 11, caracterizada porque el elemento de sujeción (9) se une a la boya (7) mediante un elemento de unión giratorio (10) , permitiendo el giro libre de la estructura en función de la dirección del viento.

15. Estructura, según reivindicación 2, caracterizada porque el elemento (3) a sustentar es un aerogenerador.

16. Estructura, según reivindicación 11 y 15, caracterizada porque el aerogenerador está conectado a la boya (7) mediante un cable de conexión (11 ) que transmite la energía generada desde dicho aerogenerador, pudiendo presentar dicha boya (7) un sistema de transmisión eléctrica giratorio que permite transmitir la energía sin retorcer el cable de evacuación de energía que sale de la boya (7) .

17. Estructura, según reivindicación 1, caracterizado porque dichos cuerpos huecos son cilindros.

18. Estructura, según reivindicación 1, caracterizado porque dichos cuerpos huecos (40) y los tramos o brazos (50) se encuentran en el interior de una carcasa de hormigón (45) .

19. Estructura, según reivindicación 1, caracterizada porque queda directamente fijada al

fondo marino (FM) mediante medios de anclaje (80, 800) .

20. Estructura, según reivindicación 1, caracterizada porque se fija al fondo marino (FM) mediante un cajón (60) , que puede ser de succión en fondos arenosos, al cual queda fijada mediante medios de sujeción (9) .

21. Estructura, según reivindicación 20, caracterizada porque los medios de sujeción (9) se unen al cajón mediante un elemento de unión giratorio, tanto mecánico como eléctrico y de señales electrónicas (10) , permitiendo el giro libre de la estructura en función de la dirección del viento.