Plataforma flotante de aprovechamiento de energía eólica.

Plataforma flotante de aprovechamiento de energía eólica que comprende una torre soporte (1) con una turbina eólica (2),

dos elementos flotadores (3) cilíndricos iguales, horizontales, y paralelos al eje longitudinal principal de alineación, estando la torre y los elementos flotadores vinculados mutuamente por estructuras de barras (5). Los elementos flotadores están unidos a un elemento estabilizador (4) que se encuentra adosado inferiormente a los elementos flotadores (3), comprendiendo dicho elemento estabilizador dos primeras losas (4a) de hormigón, sensiblemente rectangulares, macizas o aligeradas con estructura nervada, dispuestas perpendicularmente a los ejes de los flotadores y unidas a dichos flotadores mediante estructuras auxiliares de barras (7).

Plataforma flotante de aprovechamiento de energía eólica.

Objeto de la Invención 5

La presente invención tiene por objeto una plataforma flotante de aprovechamiento de energía eólica, que incorpora notables innovaciones y ventajas frente a las utilizadas hasta el momento.

Más concretamente, la invención propone el desarrollo de una plataforma flotante de 10 aprovechamiento de energía eólica que por su particular disposición permite una reducción muy significativa del coste respecto de los prototipos actualmente en fase de desarrollo y que puede ser mejor utilizada debido a su reducido calado, tanto en aguas poco profundas como de gran profundidad, así como fabricarse y transportarse con gran simplicidad.

Estado de la Técnica

Es conocido en el actual estado de la técnica el aprovechamiento de la energía eólica para la generación de energía eléctrica mediante turbinas aerogeneradoras, que ha venido teniendo un desarrollo muy importante en los últimos años, principalmente mediante parques eólicos 20 terrestres.

Las problemáticas medioambientales de las implantaciones terrestres, así como el mayor potencial energético del viento en la superficie del mar hacen que se haya impulsado el estudio de la implantación de aerogeneradores en la zona marina costera, bien apoyándolos 25 directamente sobre el fondo marino, cuando la profundidad es reducida, o instalándolos sobre plataformas flotantes de varias tipologías que se fijan en su emplazamiento mediante diferentes sistemas de anclaje.

Las tipologías de plataformas flotantes para soportes de aerogeneradores que en estos 30 momentos se están desarrollando provienen en general de otras ya utilizadas en el sector offshore del petróleo y gas, con altos requisitos de estabilidad, y que responden a la acción del oleaje con movimientos muy reducidos.

Concretamente, y atendiendo a la estrategia básica para conseguir la adecuada estabilidad y 35 limitación de movimientos, pueden distinguirse los siguientes tres grupos:

Plataformas estabilizadas principalmente por líneas de fondeo.

La estabilidad se consigue con líneas de amarre tensionadas que fijan la plataforma al fondo 40 marino dejando a la misma prácticamente inmovilizada. Presentan en cambio el inconveniente de que requieren sistemas auxiliares de flotación durante el transporte y unas operaciones complejas de posicionado y fijación al fondo, además de un coste elevado.

Plataformas estabilizadas principalmente por lastre. 45

Se caracterizan por presentar una superficie reducida en el plano de agua para disminuir las acciones del oleaje sobre la plataforma y los correspondientes movimientos inducidos, quedando los elementos de flotación prácticamente sumergidos una vez posicionadas en el emplazamiento y disponiendo además de un fuerte lastre para bajar la posición del centro de 50 gravedad y así conseguir la adecuada estabilidad.

La más simple de las tipologías de este grupo está constituida por un único elemento flotador cilíndrico vertical de gran longitud, estando el aerogenerador situado en su parte superior y con el lastre en su parte inferior para bajar la posición del centro de gravedad, como en las boyas SPAR. El diseño HYWIND de STATOIL es un ejemplo representativo, existiendo otras patentes como la WO 2010/106208 y la WO 2013/093160 con idéntica tipología. La patente WO 2012/13116 es una variante que dispone en la parte inferior del cilindro flotador vertical un elemento horizontal en voladizo y en cuyo extremo se fija el sistema de anclaje, pudiendo 5 orientarse con el viento.

Dentro de este tipo de plataformas también se encuentra la descrita en la patente ES 2 440 894A1 del mismo solicitante de la presente invención, que comprende: al menos dos cilindros flotadores; una estructura de arriostramiento unida simultáneamente a los flotadores, una torre 10 aerogeneradora posicionada y fijada en los flotadores y/o en la estructura de arriostramiento. Dicha plataforma comprende un contrapeso de hormigón fijado a la misma mediante una estructura auxiliar proyectada hacia la zona inferior y que incrementa sustancialmente el calado de la plataforma.

Los principales inconvenientes de estas tipologías son su gran calado y la complejidad de las operaciones de transporte e instalación, así como su elevado coste.

Las plataformas semisumergibles pueden encuadrarse también en este grupo, ya que disponen de una reducida superficie en el plano del agua, correspondiente a las columnas verticales que 20 sostienen el aerogenerador, estando los elementos flotadores en general en su mayor parte sumergidos.

La estabilidad se consigue distanciando las columnas para elevar la altura metacéntrica, y con un lastre adicional para situar el centro de gravedad por debajo del metacentro. 25

Se han desarrollado múltiples variantes, estando constituidas en general por varios elementos flotadores cilíndricos verticales arriostrados entre sí. Las tipologías WINDFLOAT, TRI-SYM o la contemplada en la patente DE 2010058 son algunos de los casos de plataformas semisumergibles contando con tres cilindros verticales. 30

La patente US 2012/0103244 corresponde a una plataforma semisumergible con cuatro cilindros verticales flotadores, dispuestos tres de ellos en los vértices de un triángulo equilátero y el cuarto en el centro, sobre el que se apoya la torre del aerogenerador.

La patente WO 2002/10589 presenta una tipología de plataforma semisumergible, con una 35 cámara de flotación central y un cable vertical de anclaje tensionado, también central, además de un sistema adicional de líneas de anclaje, por lo que puede clasificarse como mixta de semisumergible y de estabilización con líneas de anclaje tensionadas.

Asimismo, la patente US 2011/0155038 propone una tipología de plataforma con tres o más 40 cilindros verticales flotadores, unidos al fondo con cables tensionados.

Estas plataformas semisumergibles presentan también inconvenientes en cuanto a su calado, que suele ser elevado, por la complejidad de las operaciones marítimas de transporte e instalación, así como un elevado coste. 45

Plataformas estabilizadas principalmente por flotación

Para conseguir un reducido calado es necesario prescindir en lo posible del lastre, existiendo la alternativa de lograr la estabilidad mediante una gran superficie a nivel del plano de agua que 50 permita mantener la posición del metacentro por encima de la del centro de gravedad, como en el caso de las barcazas. Además, se suma el reto de conseguir una geometría y características físicas tales que permitan obtener unos periodos propios de oscilación lo suficientemente alejados de los periodos de oleaje para reducir en lo posible los movimientos inducidos por dicho oleaje.

En los casos de barcazas con un sistema de fondeo que mantienen su posición y orientación permanente sensiblemente fija mediante un sistema distribuido de líneas de fondeo, las 5 acciones del viento y del oleaje pueden actuar según cualquier eje horizontal de la misma, por lo que deben tener características similares inerciales o de respuesta para todas las direcciones. Las tipologías de flotadores con sección horizontal cuadrada o circular (pill-box) , o la correspondiente a la patente JP2004251139, con un flotador monocasco en forma de anillo tórico responden a este planteamiento. 10

Existe también la posibilidad de que las barcazas están posicionadas amarradas a punto fijo, pudiendo girar alrededor del mismo como una veleta para alinearse con el viento, en cuyo caso recibirán las acciones del oleaje y del viento preferentemente en una dirección, por lo que cabe considerar configuraciones con características inerciales y de respuesta muy diferenciadas 15 según el eje longitudinal horizontal principal de alineación y el perpendicular al mismo en el plano horizontal.

Siendo factibles estas tipologías desde un punto de vista de estabilidad, en cambio y simultáneamente los periodos de oscilación alrededor de los ejes horizontales se encuentran 20 en la banda de máxima energía de los espectros de oleaje, resultando movimientos a nivel de la turbina incompatibles con los requisitos de operación por lo que se han considerado como técnicamente inadecuadas.

En relación a los materiales utilizados, la práctica totalidad de las plataformas flotantes 25 propuestas hasta la fecha están hechas de acero a pesar de que el hormigón es un material mucho más económico y con mayor durabilidad. Bien es cierto que el hormigón presenta también ciertos inconvenientes como son su peso, la nula o casi nula resistencia a tracción y su fisuración frente a esfuerzos de flexión, por lo que su uso queda restringido...

1. Plataforma flotante de aprovechamiento de energía eólica; comprendiendo al menos: una torre soporte (1) de una turbina eólica (2) , dos elementos flotadores (3) iguales de hormigón armado o pretensado, cilíndricos, paralelos y cerrados por sus extremos; y una 5 estructura de barras (5) que vincula la torre soporte (1) y los elementos flotadores (3) ; caracterizada porque comprende un elemento estabilizador (4) plano que se encuentra adosado inferiormente a los elementos flotadores (3) ; comprendiendo dicho elemento estabilizador (4) dos primeras losas (4a) de hormigón, sensiblemente rectangulares, macizas o aligeradas con estructura nervada, dispuestas perpendicularmente a los ejes de los flotadores 10 (3) y unidas a dichos flotadores mediante estructuras auxiliares de barras (7) .

2. Plataforma flotante; según la reivindicación 1, caracterizada porque el elemento estabilizador (4) comprende dos segundas losas (4b) de hormigón, sensiblemente rectangulares, bien macizas o aligeradas con estructura nervada, dispuestas paralelamente a 15 los ejes de los flotadores (3) por su parte externa y unidas a dichos flotadores mediante estructuras auxiliares de barras (7) .

3. Plataforma flotante; según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores; caracterizada porque los elementos flotadores (3) presentan una sección de tipo ovoidea, 20 están cerrados por sus extremos mediante una forma convexa, y compartimentados y rigidizados interiormente con tabiques o mamparos transversales.

4. Plataforma flotante, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por el hecho de que la estructura de barras (5) y la torre soporte (1) están hechas de hormigón 25 armado o pretensado.

5. Plataforma flotante; según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por el hecho de que la estructura de barras (5) y la torre soporte (1) están hechas de acero.

6. Plataforma flotante, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por el hecho de que la estructura de barras (5) y la torre soporte (1) están hechas de material mixto acero-hormigón.

7. Plataforma flotante, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 35 caracterizada por el hecho de que incorpora una boya (8) dotada de unos medios de anclaje en el fondo marino y/o de unos medios giratorios de transmisión eléctrica y/o de unos medios giratorios de amarre que comprenden una unión giratoria (13) , a los que están unidos los amarres (12) propios de la plataforma.

8. Plataforma flotante, según la reivindicación 7, caracterizada porque los medios de anclaje al fondo marino comprenden al menos tres líneas de fondeo (9) con su correspondientes anclas (14) y/o bloques de hormigón y/o pilotes de fijación al fondo.

9. Plataforma flotante, según la reivindicación 7, caracterizada porque los medios de 45 giratorios de transmisión eléctrica que comprenden un conector giratorio (10) posicionado en la propia boya (8) o en la propia plataforma y un cable (11) , procedente desde el fondo marino y que llega hasta la propia plataforma.