Procedimiento de instalación de torre de aerogenerador de tipo off-shore, de cimiento basado en pilas, y equipo para llevar a cabo tal procedimiento.

Procedimiento de instalación de torre off-shore, que comprende:

proporcionar fuste de torre, pilas, tirantes, plataforma con medios de sujeción, y medios de flotación con medios de sujeción; aplicar pilas a plataforma; aplicar fuste a plataforma en posición de uso; disponer medios de accionamiento y/o frenado entre pilas y plataforma; disponer plataforma entre zona inferior y zona superior; anclar tirantes a pilas y a plataforma; botar medios de flotación; botar conjunto base (plataforma, fuste, pilas, tirantes); sujetar conjunto base a medios de flotación mediante medios de sujeción; trasladar conjunto de transporte hasta emplazamiento de torre; actuar medios de accionamiento y/o frenado hasta que pilas se aplican al lecho marino; afianzar pilas en lecho marino; actuar medios de accionamiento y/o frenado hasta que plataforma está a nivel con zona superior de pilas; montar aerogenerador sobre fuste; desaplicar medios de sujeción y retirar medios de flotación desde plataforma; y tensar tirantes.

Procedimiento de instalación de torre de aerogenerador de tipo off-shore, de cimiento basado en pilas, y equipo para llevar a cabo tal procedimiento

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento de instalación de una torre de aerogenerador de tipo off- shore, de cimiento basado en pilas, y a un equipo para llevar a cabo tal procedimiento.

La presente invención está encuadrada pues principalmente en el sector de las instalaciones de generación de energía, concretamente energía renovable de origen eólico.

Antecedentes de la invención

Sin carácter limitativo, a continuación se relacionan y describen sucintamente soluciones generalmente contempladas en el estado actual de la técnica para cimientos de off-shore.

* Cimentaciones por gravedad: zapatas de hormigón estructural, a menudo con pedestales. Se transportan y fondean con barcazas y/o grúas marinas. Para bajas profundidades.

* Cimentaciones basadas en pilas:

- Monopilote hincado metálico, sin solución de continuidad con el propio fuste metálico tubular de la torre. Para bajas profundidades.

- Tripilote: la torre metálica apoya, mediante una pieza de transición en forma generalmente de aspa de tres brazos, sobre tres pilas pilote (en lo sucesivo, simplemente pilotes) verticales sumergidos e hincados en el lecho marino. Para profundidades medias y altas.

- Trípode: la torre metálica apoya sobre una estructura de tres pilas inclinadas, que apoyan sobre el terreno mediante pilotes hincados u otro sistema similar. La torre puede estar centrada con respecto a las pilas del trípode o situada sobre una de ellas. Para profundidades medias y altas.

- Celosía: la torre metálica apoya mediante una estructura en celosía de cuatro pilas. Para profundidades medias y altas.

* Cubo de succión: basado en el hincado de cubos estancos en el subsuelo marino y el consiguiente aprovechamiento de las diferencias de presión generadas. Para bajas profundidades.

* Soluciones por flotación ancladas al fondo marino. Para muy altas profundidades.

Con relación a las cimentaciones por gravedad, mayoritariamente se forman in situ usando, entre otros medios, barcos hormigonera y/o barcos grúa, por lo que las condiciones ambientales no deben ser muy agresivas. Además, el suelo debe estar firme por lo que normalmente se retira la capa superior del lecho marino para un mejor asentamiento; en tal caso, submarinistas cubren de grava el suelo. La principal desventaja de instalar este tipo de sistemas es su alto coste, que algún estudio indica que es directamente proporcional al cuadrado de la profundidad a la que se pone el parque. Esto hace que no se apliquen más que a bajas profundidades.

Con relación a las cimentaciones basadas en pilas y a las de cubos de succión, éstas suelen usar montajes de soporte formados en tierra. Para estas alternativas, no es necesario acondicionar el lecho marino, lo que permite ahorrar bastante dinero. Aún así, el coste es elevado debido a que se requiere un despliegue importante de medios de transporte y montaje (barcazas, grúas flotantes o embarcadas de izado, grúas flotantes o embarcadas de martinete, etc.) tanto para el transporte de los componentes implicados como para el montaje in situ, sin perjuicio de que tanto el transporte y el montaje como la fabricación sean relativamente sencillos. Además, si se utilizan únicamente los medios de transporte y montaje necesarios para instalar las torres una a una, para mantener los costes al mínimo, la instalación de una torre depende de que los medios para ello queden libres tras la instalación de la torre anterior, lo cual determina muchas veces un ritmo de instalación inferior al deseado.

Las cimentaciones por flotación se han planteado, pero no están en un punto de desarrollo que permita su industrialización masiva.

Sumario de la invención

En el presente documento, la expresión "en seco" indica en una superficie de trabajo no sumergida, por ejemplo un muelle, un dique seco o similar. También en el presente documento, con el fin de simplificar, se hará

referencia a una torre off-shore destinada a estar montada en el mar, utilizando por lo tanto expresiones como "lecho marino" o "mar", sin que por ello el alcance de la invención esté limitado a tal uso, siendo la invención susceptible de de ser aplicada igualmente a torres off-shore destinadas a estar montadas en cualquier masa de agua, por ejemplo un océano, un lago, etc. Además, la expresión "medios de aerogenerador" se refiere a una parte o la totalidad de los componentes de una torre de aerogenerador destinados directamente a la captación de energía eólica y/o a la transformación de energía eólica en energía eléctrica y/o al trasporte de energía eléctrica, tales como por ejemplo el motor o sus partes, el rotor o sus partes, las palas o sus partes, etc.

Un objeto de la presente invención es pues proporcionar un procedimiento de instalación de una torre de aerogenerador de tipo off-shore, de cimiento basado en pilas, que sea sencillo y económico, y aún así permita un ritmo alto de instalación.

Más concretamente, la invención se refiere a un procedimiento de instalación de una torre de aerogenerador de tipo off-shore, de cimiento basado en pilas, comprendiendo el equipo para llevar a cabo tal procedimiento un fuste de torre, al menos tres pilas, tirantes (preferiblemente flexibles, por ejemplo en forma de tendones de acero), una plataforma destinada a soportar dicho fuste y a apoyar a su vez sobre dichas pilas, y medios de flotación, estando aplicadas dichas pilas a dicha plataforma de una manera tal que dichas pilas están esencialmente verticales y cada una de dichas pilas se puede desplazar axialmente, es decir, en una dirección paralela al eje longitudinal de la propia pila, con respecto a dicha plataforma. Cada una de dichas pilas incluye una zona superior destinada a quedar a nivel con dicha plataforma en la condición instalada de la torre, preferiblemente por encima de la cota máxima de oleaje aplicable en la condición instalada de la torre, y una zona inferior destinada a recibir al menos dos de dichos tirantes y situada por debajo de dicha zona superior y por encima del nivel previsto del lecho marino en la condición instalada de la torre.

La zona superior de cada pila puede estar situada en correspondencia sustancialmente con el extremo superior de la correspondiente pila o, alternativamente, puede estar situada a una altura tal de la correspondiente pila que cierta longitud de la correspondiente pila quede por encima del nivel de dicha plataforma en la condición instalada.

El procedimiento de acuerdo con la presente invención comprende las siguientes etapas en cualquier orden

técnicamente posible:

a) proporcionar un fuste de torre, al menos tres pilas, tirantes (preferiblemente flexibles, por ejemplo en forma de tendones de acero o fibra de carbono), una plataforma con unos primeros medios de sujeción, y medios de flotación con unos segundos medios de sujeción, en donde la interacción entre dichos medios primeros y segundos de sujeción produce la sujeción mutua de los mismos;

b) en seco, aplicar dichas pilas a dicha plataforma de una manera tal que dichas pilas están esencialmente verticales y cada una de dichas pilas se puede desplazar axialmente, es decir, en una dirección paralela al eje longitudinal de la propia pila, con respecto a dicha plataforma;

c) en seco, aplicar dicho fuste a dicha plataforma en la posición relativa de uso en la condición instalada de la

torre;

d) en seco, disponer medios de accionamiento y/o frenado operativamente entre cada una de dichas pilas y dicha plataforma, de una manera tal que la actuación de dichos medios de accionamiento y/o frenado controlan el desplazamiento axial de cada pila con respecto a dicha plataforma;

e) en seco, disponer dicha plataforma y dichas pilas en una posición relativa tal que dicha plataforma se coloca en una posición intermedia entre la zona inferior y la zona superior de cada uno de dichas pilas, posiblemente mediante la actuación de dichos medios de accionamiento y/o frenado;

f) en seco, anclar un extremo de cada uno de dichos tirantes a la zona inferior de cada una de dichas pilas, respectivamente, y anclar el otro extremo de cada uno de dichos tirantes a dicha plataforma, preferiblemente de una manera tal que cada uno de dichos tirantes no soporte sustancialmente ningún esfuerzo de tracción y, en la condición instalada de la torre, cada uno de dichos tirantes forme un ángulo con la vertical;

g) botar dichos medios de flotación;

h) botar el conjunto base que comprende dicha plataforma, dicho fuste, dichas pilas y dichos...

1. Procedimiento de instalación de torre de aerogenerador de tipo off-shore, de cimiento basado en pilas, comprendiendo el equipo para llevar a cabo tal procedimiento un fuste de torre, al menos tres pilas, tirantes, una plataforma destinada a soportar dicho fuste y a apoyar a su vez sobre dichas pilas, y medios de flotación, incluyendo cada una de dichas pilas una zona superior, destinada a quedar a nivel con dicha plataforma en la condición instalada de la torre, y una zona inferior, destinada a recibir al menos dos de dichos tirantes y situada por debajo de dicha zona superior y por encima del nivel previsto del lecho marino en la condición instalada de la torre caracterizado porque comprende las siguientes etapas en cualquier orden técnicamente posible:

a) proporcionar un fuste de torre, al menos tres pilas, tirantes, una plataforma con unos primeros medios de sujeción, y medios de flotación con unos segundos medios de sujeción, en donde la interacción entre dichos medios primeros y segundos de sujeción produce la sujeción mutua de los mismos;

b) en seco, aplicar dichas pilas a dicha plataforma de una manera tal que dichas pilas están esencialmente verticales y cada una de dichas pilas se puede desplazar axialmente, es decir, en una dirección paralela al eje longitudinal de la propia pila, con respecto a dicha plataforma;

c) en seco, aplicar dicho fuste a dicha plataforma en la posición relativa de uso en la condición instalada de la torre;

d) en seco, disponer medios de accionamiento y/o frenado operativamente entre cada una de dichas pilas y dicha plataforma, de una manera tal que la actuación de dichos medios de accionamiento y/o frenado controlan el desplazamiento axial de cada pila con respecto a dicha plataforma;

e) en seco, disponer dicha plataforma y dichas pilas en una posición relativa tal que dicha plataforma se coloca en una posición intermedia entre la zona inferior y la zona superior de cada uno de dichas pilas, posiblemente mediante la actuación de dichos medios de accionamiento y/o frenado;

f) en seco, anclar un extremo de cada uno de dichos tirantes a la zona inferior de cada una de dichas pilas, respectivamente, y anclar el otro extremo de cada uno de dichos tirantes a dicha plataforma, preferiblemente de una manera tal que cada uno de dichos tirantes no soporte sustancialmente ningún esfuerzo de tracción y, en la condición instalada de la torre, cada uno de dichos tirantes forme un ángulo con la vertical;

g) botar dichos medios de flotación;

h) botar el conjunto base que comprende dicha plataforma, dicho fuste, dichas pilas y dichos tirantes;

i) sujetar dicho conjunto base a dichos medios de flotación mediante la aplicación entre sí de dichos medios primeros y segundos de sujeción, proporcionando dichos medios de flotación una flotabilidad suficiente para mantener a flote el conjunto de transporte que comprende dicho conjunto base y dichos medios de flotación;

j) trasladar dicho conjunto de transporte hasta el emplazamiento previsto para la torre de aerogenerador;

k) actuar dichos medios de accionamiento y/o frenado de una manera tal que dichas pilas se desplazan hacia abajo con respecto a dicha plataforma, hasta que el extremo inferior de cada una de dichas pilas toca el lecho marino;

l) afianzar el extremo inferior de cada una de dichas pilas en el lecho marino;

m) actuar dichos medios de accionamiento y/o frenado hasta que dicha plataforma está a nivel con dicha zona superior de cada una de dichas pilas;

n) montar unos medios de aerogenerador sobre dicho fuste;

o) desaplicar dichos medios primeros y segundos de sujeción entre sí y retirar dichos medios de flotación de dicha plataforma; y

p) tensar dichos tirantes.

2. Procedimiento de instalación según la reivindicación 1, en el que dichos tirantes son flexibles.

3. Procedimiento de instalación según la reivindicación 2, en el que dichos tirantes son tendones de acero o de fibra de carbono.

4. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha zona

superior está destinada a quedar por encima de la cota máxima de oleaje aplicable en la condición instalada de la torre.

5. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, en la etapa o), el conjunto formado por dichos medios de flotación y dicha plataforma está a una profundidad igual al calado de flotabilidad de dichos medios de flotación en solitario.

6. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de flotación son reutilizables.

7. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha torre de aerogenerador comprende tres pilas, y dicha plataforma incluye igualmente tres agujeros pasantes en cada uno de los cuales se disponen y se pueden deslizar axialmente cada una de dichas tres pilas.

8. Procedimiento de instalación según la reivindicación 7, en el que dichos agujeros pasantes están dispuestos en ubicaciones equidistantes entre sí y con relación al centro de dicha plataforma, y en el que el fuste de la torre está dispuesto en el centro de dicha plataforma.

9. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa b) y la etapa e) se llevan a cabo simultáneamente, aplicando las pilas a la plataforma ya en una posición relativa tal que dicha plataforma está colocada en una posición intermedia entre la zona inferior y la zona superior de cada una de dichas pilas.

10. Procedimiento de instalación según la reivindicación 9, en el que la plataforma está reposando sobre un pedestal provisional o suspendida a cierta altura en el momento de aplicar las pilas a la plataforma.

11. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, previamente a la etapa j), los medios de aerogenerador se disponen sobre dichos medios de flotación.

12. Procedimiento de instalación según la reivindicación 11, en el que dichos medios de flotación incluyen dispositivos de izado capaces de izar hasta su posición de uso los medios de aerogenerador desde su posición sobre dichos medios de flotación.

13. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la etapa n) se lleva a cabo antes de la etapa j).

14. Procedimiento de instalación según la reivindicación 13, en el que la etapa n) se lleva a cabo en factoría.

15. Procedimiento de instalación según la reivindicación 14, en el que la etapa n) se lleva a cabo utilizando los medios utilizados para llevar a cabo las etapas b) - c).

16. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las pilas son pilotes destinados a hincarse en el lecho marino para producir la cimentación, y en el que el afianzamiento de la etapa I) consiste en llevar a cabo las acciones necesarias para completar el hincamiento de dichos pilotes.

17. Procedimiento de instalación según la reivindicación 16, en el que la etapa I) comprende dos sub-etapas:

11) pre-hincar los pilotes en el lecho marino, simplemente por su propio peso;

12) hincar los pilotes en el lecho marino, por la aplicación de peso adicional o mediante el uso de martinete.

18. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 16 y 17, en el que la etapa I), o las sub-etapas 11) y/o I2), se llevan a cabo usando medios externos de martinete.

19. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, en el que la etapa I), o las etapas 11) y/o I2), se llevan a cabo actuando dichos medios de accionamiento y/o frenado de cada uno de dichos pilotes de una manera tal que dicha plataforma se desplaza hacia arriba con respecto a dichos pilotesy el peso de dicha plataforma, y por consiguiente también el peso de todos los componentes aplicados adicha plataforma, causa el hincamiento de los pilotes.

20. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en el que las pilas tienen un extremo inferior, ya sea integral o accesorio, en forma de zapata, y en el que la etapa I) consiste en llevar a cabo las acciones necesarias para completar el empotramiento de dicha zapata en el lecho marino en la medida prevista.

21. Procedimiento de instalación según la reivindicación 20, en el que dicha zapata comprende un cuerpo de

zapata sustancialmente horizontal y al menos un saliente que emerge de la cara inferior de dicho cuerpo de zapata y que tiene un perfil ahusado en sentido descendente.

22. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 20 y 21, en el que dicha etapa I) se lleva a cabo actuando dichos medios de accionamiento y/o frenado de cada una de dichas pilas de una manera tal que dicha plataforma se desplaza hacia arriba con respecto a dichas pilas y el peso de dicha plataforma, y por consiguiente también el peso de todos los componentes aplicados a dicha plataforma, causa el empotramiento de las zapatas.

23. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de flotación están formados por una sola unidad de flotación.

24. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, en el que dichos medios de flotación comprenden una pluralidad de unidades de flotación.

25. Procedimiento de instalación según la reivindicación 24, en el que varias unidades de flotación de dichos medios de flotación incluyen unos terceros medios de sujeción tales que la interacción entre dichos terceros medios de sujeción de distintas unidades de flotación produce la sujeción mutua de los mismos.

26. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de flotación están motorizados, de tal manera que el conjunto de transporte es un conjunto de transporte

auto-propulsado.

27. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el fuste proporcionado en la etapa a) está formado por tramos de fuste.

28. Procedimiento de instalación según la reivindicación 27, en el que al menos uno de dichos tramos de fuste está formado por dovelas.

29. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 27 y 28, en el que la aplicación de dicho fuste a dicha plataforma en la posición relativa de uso en la condición instalada de la torre, según la etapa c), se lleva a cabo por piezas, es decir, o bien mediante un proceso de colocación dovela a dovela hasta la condición instalada de la torre o bien mediante un proceso de colocación tramo a tramo hasta la condición instalada de la torre una vez que dichos tramos han sido premontados, o bien mediante un proceso de colocación que sea combinación de los dos procesos antedichos.

30. Procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 27 a 29, en el que dicho fuste es de auto-despliegue telescópico.

31. Procedimiento de instalación según la reivindicación 30, en el que el fuste está en condición replegada durante la etapa j).

32. Procedimiento de instalación según la reivindicación 7, en el que los tirantes se anclan de tal manera que de cada zona inferior de una pila parten dos tirantes, cada uno de ellos hacia un carrete cercano a cada una de las otras dos pilas, de modo que, en la condición instalada de la torre, cuando dichos tirantes están tensos, en cada superficie imaginaria delimitada por dos pilas se encuentran dos tirantes formando una cruz de San Andrés.

33. Equipo para llevar a cabo un procedimiento de instalación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un fuste de torre, al menos tres pilas, tirantes, una plataforma destinada a soportar dicho fuste y a apoyar a su vez sobre dichas pilas, y medios de flotación, estando aplicadas dichas pilas a dicha plataforma de una manera tal que dichas pilas están esencialmente verticales y cada una de dichas pilas se puede desplazar axialmente, es decir, en una dirección paralela al eje longitudinal de la propia pila, con respecto a dicha plataforma, incluyendo cada una de dichas pilas una zona superior destinada a quedar a nivel con dicha plataforma en la condición instalada de la torre, y una zona inferior destinada a recibir al menos dos de dichos tirantes y situada por debajo de dicha zona superior y por encima del nivel previsto del lecho marino en la condición instalada de la torre.

34. Equipo según la reivindicación 33, en el que dichos tirantes son flexibles.

35. Equipo según la reivindicación 34, en el que dichos tirantes son tendones de acero o de fibra de carbono.

36. Equipo según una cualquiera de las reivindicaciones 33 a 35, en el que dicha zona superior está destinada a quedar por encima de la cota máxima de oleaje aplicable en la condición instalada de la torre.

37. Equipo según una cualquiera de las reivindicaciones 33 a 36, en el que dichos medios de flotación son reutilizables.