ES2516590B1

ES2516590B1 - Estructura sumergible de soporte activo para torres de generadores y subestaciones o elementos similares, en instalaciones marítimas

Info

Publication number: ES2516590B1
Application number: ES201331368A
Authority: ES
Inventors: Jose Alfonso NEBRERA GARCÍA; Jaime ALTOLAGUIRRE MCCRUMLISH
Original assignee: ACS Servicios Comunicaciones y Energia SL
Current assignee: Cobra Servicios Comunicaciones y Energia SL
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2015-09-25
Anticipated expiration: 2033-09-20
Also published as: EP2993270A4; JP6244013B2; KR20160023660A; EP2993270A1; CN105408550A; WO2014177729A1; CN112009634A; US9592889B2; ES2516590R1; LT2993270T; ES2637142T3; KR102160325B1; EP2993270B1; JP2016520167A; PT2993270T; ES2516590A2; US20160075413A1; DK2993270T3

Abstract

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.

Description

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 sobresale por encima de la superficie del mar una parte del tramo con menor sección del cuerpo hueco principal o el mástil situado sobre el cuerpo hueco principal y a cuyo extremo superior se fija el generador

o elemento a sustentar, o como máximo una parte del cuerpo hueco principal. Dicha plataforma se diseña para profundidades a partir de entre 20 y 35 metros, dependiendo de las características metoceánicas y de suelo de la zona de instalación, y en particular para profundidades donde el uso de fundaciones tipo monopila no es la mejor solución.

Además, en al menos uno, aunque puede ser en varios de dichos cuerpos huecos de hormigón, preferiblemente cilindros, se incorpora un sistema de bombeo que permite regular la cantidad total de agua en los cilindros, y asegurar así la regulación de la descrita inmersión del conjunto, y que, preferentemente, a la vez, permite desplazar el agua de los cilindros de unos a otros, en función del momento de vuelco del conjunto de la estructura originado por el viento sobre el aerogenerador o elemento que sustenta, y dependiendo del sistema de amarre, por el esfuerzo de las amarras sobre el punto o puntos de amarre, contribuyendo a regular la inclinación de la estructura en función del citado momento de vuelco.

Opcionalmente se podrá contar con un sistema de bombeo para cada regulación, y/o para cada cuerpo hueco o cilindro.

El hecho de tener la mayor parte del volumen, al menos el 60%, de la estructura, bajo la superficie permite reducir el efecto del oleaje sobre la verticalidad de la estructura, y asimismo, el hecho de disponer la mayor parte de la masa sumergida, lo más abajo posible, da estabilidad a la estructura al conseguir que el centro de gravedad se encuentre debajo del centro de carena, manteniendo las aceleraciones inducidas sobre el aerogenerador por los movimientos marinos dentro de límites aceptables para el fabricante del aerogenerador.

Como se ha señalado anteriormente, la estructura podrá montar un mástil de hormigón para la turbina o elemento similar a que se destine, aportando así una mayor durabilidad a todo el conjunto y ofreciendo mayor flexibilidad en cuanto a fabricación y logistica, disponiendo dicho mástil sobre el cuerpo hueco principal. Dicho mástil dispondrá de una sección menor que la sección del cuerpo hueco principal que permanece sumergida.

Con el fin de que el oleaje afecte lo menos posible a la estabilidad de la estructura, en la posición de trabajo de la misma una vez emplazada en su lugar de operación, la sección que corta al nivel del mar y que determina la línea de flotación , debe ser lo menor posible, y por ello la sección que corta el nivel del mar es, dependiendo del diseño de la estructura, o bien la sección de la parte superior del cuerpo hueco principal cuando este tiene al menos dos secciones diferenciadas con la sección mayor sumergida, o bien la sección del mástil cuando este se dispone directamente sobre el cuerpo hueco principal.

En cualquiera de las posibles aplicaciones, la sección en la línea de flotación debe ser lo menor posible, y en cualquier caso, dicha sección en la línea de flotación debe ser menor que la suma de las secciones sumergidas de los cuerpos huecos que conforman la estructura. De esta manera, se pueden dar diferentes configuraciones de estructura sumergible, por ejemplo:

Uno de los cuerpos huecos de la estructura es de sección constante y parte de su

extremo superior se mantiene por encima del nivel del mar mientras el resto de

los cuerpos huecos se encuentran sumergidos, o

Uno de los cuerpos huecos de la estructura es de sección variable, siendo mayor

la sección sumergida y menor que esta la sección superior en la línea de

flotación, mientras el resto de los cuerpos huecos se encuentran sumergidos, o

Los cuerpos huecos de la estructura son de sección variable, siendo mayor la

sección sumergida y menor la sección superior en la línea de flotación,

Los cuerpos huecos de la estructura, de sección constante o variable, se

encuentran sumergidos, disponiéndose sobre al menos uno un mástil cuya

sección es la línea de flotación, o

Los cuerpos huecos de la estructura, de sección constante o variable, se

encuentran sumergidos y se dispone un mástil en cada uno de ellos, que

determinan la sección en la linea de flotación. En estos casos, cada uno de los

cuerpos huecos que disponga un mástil es un cuerpo hueco principal.

En todos los casos, y tal y como se ha mencionado, dicha sección en la línea de flotación es menor que la suma de las secciones sumergidas de los cuerpos huecos que conforman la estructura.

Por lo tanto, el objeto principal de la presente invención es una estructura sumergible de soporte activo según la reivindicación 1.

Por su parte, el sistema de amarre a emplear podrá ser del tipo "único punto de amarre", esto es, acoplar la estructura a una boya (en superficie o sumergida previamente amarrada al fondo marino) mediante unos medios de sujeción, que pueden ser un elemento rígido, por ejemplo un brazo de acero inoxidable, hormigón o similar, o un elemento rígido combinado con un elemento flexible, por ejemplo un tirante de acero, un cable, una cuerda de material sintético, una cadena o similar, realizando la conexión a la plataforma de forma que se agilicen las operaciones de enganche. A su vez, este tipo de amarre permitirá que la estructura se auto posicione de cara al viento, por lo tanto, la góndola del aerogenerador podría no tener la capacidad de rotar y se contemplará, opcionalmente, la posibilidad de optimizar el diseño de la estructura. Por ejemplo, donde la estructura no sea axisimétrica, es decir, con diseños no circulares en la torre, etc. Asimismo, se podrían emplear otros sistemas de amarre tradicionales .

A su vez la boya presenta medios de amarre para su sujeción al fondo marino, pudiendo ser dichos medios de amarre un cable, cadena, cuerda de material sintético o similar.

Al adoptar el sistema de amarre tipo "único punto" señalado anteriormente, para evitar que el cable de evacuación se tuerza, convendrá añadir un sistema de transmisión eléctrica de tipo giratorio para realizar la conexión entre la turbina y la boya, del tipo o similar al descrito en la solicitud de patente ES2367616.

Con ello, los aspectos innovadores más significativos de la estructura de la presente invención son:

-: Que se trata de una estructura sumergible en la que el centro de carena se encuentra por encima del centro de gravedad, y donde 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.

-: Que se trata de una estructura sumergible activa, que permite compensar los momentos de vuelco variando la cantidad de agua de lastre que se ubica en cada uno de los cuerpos huecos de hormigón que la conforman, en función de la dirección e intensidad del viento. Hasta ahora todas las estructuras de este tipo han sido pasivas, y la única estructura activa existente hasta ahora, divulgada en la ya comentada solicitud de patente US20110037264A1 trabaja flotando sobre la superficie del mar, y por tanto, sus sistemas deben compensar el oleaje, además del momento de vuelco debido al viento, lo que implica mayor dimensionamiento de las bombas y mayor consumo de energía.

-: La utilización de hormigón en la construcción de los cuerpos huecos, preferiblemente cilindros y del mástil o columnas de la estructura. Hasta ahora las estructuras de hormigón siempre han sido pasivas, y la estructura activa del documento americano citado es de acero. Las formas cilíndricas de hormigón permiten reducir los costes de fabricación , a través de una alta industrialización del proceso además de alargar

la vida útil de la estructura y reducir los costes de mantenimiento (pinturas, revestimientos), lo que es muy importante en ambientes marinos.

-: Al poder regular la profundidad de la estructura , el sistema permite montar la totalidad del equipamiento en puerto, incluida la prueba de puesta en marcha, y trasladar el conjunto hasta su emplazamiento definitivo en el mar, jugando con la capacidad de reducir o aumentar la flotabilidad y sumergido a voluntad, según convenga ..

La estructura objeto de la presente invención mejora sustancialmente las actuales limitaciones de las estructuras de soporte similares existentes, con las siguientes ventajas:

-: Muy larga duración del hormigón en ambientes marinos, manteniendo las propiedades estructurales, frente a la limitada duración y necesidades de mantenimiento y repintado del acero.

-: Menor exposición al oleaje al disponer de una sección de la línea de flotación de menor área que el resto de dispositivos conocidos.

-: Bajo coste de fabricación , gracias al diseño basado en formas preferiblemente cilíndricas de hormigón, que permite el uso de tecnologías constructivas muy maduras y probadas: encofrados, deslizantes, cajoneras portuarias, hormigón moldeado, postensado, etc. , frente al coste elevado de estructuras de soporte de acero.

-: Elimina la necesidad de usar artefactos marinos especializados de grandes dimensiones ylo grandes medios de elevación para la instalación de las estructuras en el mar.

-: En profundidades menores, donde sea aconsejable depositar la plataforma en el fondo marino, permite reducir las cargas a transmitir al fondo marino, lo que permite simplificar y abaratar los anclajes (pilotes, anclas, cadenas, ... )

-: Reduce la necesidad de tener que realizar parte de los trabajos en el mar.

-: Facilita el mantenimiento, en especial en caso de averías importantes, al permitir el remolque a puerto para sustituir o reparar la góndola del generador u otros elementos, gracias a la posibilidad de modificar el calado de la estructura a voluntad.

-: Permite la repotenciación al cabo de la vida útil del generador (15 a 25 años), puesto que la estructura se diseña para 50 años de vida útil.

-: Reduce considerablemente el impacto ambiental durante la instalación, y facilita y abarata el desmantelamiento al final de la vida útil del proyecto, haciendo posible un reciclado total de la estructura.

-: En el caso de la adopción de mástiles aerodinámicos, reduce la resistencia al viento del mástil, reduciendo así los esfuerzos y momentos de vuelco y los efectos estela que reducen el rendimiento de los aerogeneradores a sotavento.

-: En el caso que se adopte el sistema de amarre denominado "único punto de amarre", la estructura se auto posicionará de cara al viento lo cual pOdría aportar grandes ventajas en cuanto a optimización estructural además de agilizar las maniobras de enganche.

DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción de la invención y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la misma, se acompaña la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

La figura número 1 muestra una vista esquemática en alzado de la estructura sumergible de soporte activo para torres de generadores y subestaciones o elementos similares, en instalaciones marítimas, objeto de la invención, en un ejemplo de realización de la misma con cuatro cilindros y mástil axialmente simétrico y sujeta por un único punto con brazo rígido a una boya flotante, aplicable para aguas poco profundas.

La figura número 2 muestra una vista en planta del ejemplo de realización de la estructura, según la invención, mostrada en la figura precedente.

Las figuras números 3 y 4 muestran, en sendas vistas en alzado y planta respectivamente, otro ejemplo de realización de la estructura sumergible de soporte activo de la invención, en este caso con menos cilindros e igualmente sujeta a una boya.

Las figuras 5 y 6 muestran, en las respectivas vistas en alzado y planta, otro ejemplo de realización de la estructura sumergible objeto de la invención, en la que los componentes sumergidos se encuentran situados en el interior de una única carcasa.

Las figuras 7 y 8 muestran, en las vistas en alzado y planta, otro ejemplo en el que la estructura sumergida presenta otra construcción de cuerpos huecos.

Las figuras 9a y 9b, muestran las vistas en alzado y planta de un ejemplo de la invención para bajas profundidades en el que la estructura se encuentra anclada al fondo marino por medio de pilotes.

Las figuras 10a y 10b, muestran las vistas en alzado y planta de otro ejemplo de la invención para bajar profundidades en el que la estructura se encuentra anclada al fondo marino por medio de cadenas y anclas.

Las figuras 11a y 11 b, muestran un ejemplo de una estructura con un cuerpo hueco principal con sección variable.

La figura 12 muestra un ejemplo de una subestación o plataforma sustentada por una estructura objeto de la presente invención.

La figura 13 muestra una vista en alzado de un ejemplo de la invención en el que la estructura de las figuras 5 y 6 se amarra al fondo marino con medios alternativos.

REALIZACiÓN PREFERENTE DE LA INVENCiÓN

5 A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas como la estructura (1 ) en cuestión, aplicable como soporte de un mástil (2) en cuyo extremo superior se incorpora un elemento (3) a sustentar, tal como un aerogenerador u otro similar, se configura a partir de dos o más cuerpos o cilindros (4", 4) huecos, susceptibles de contener agua en su interior, y que están unidos entre sí mediante

10 tramos (5) o brazos huecos, preferiblemente prismáticos, a través de los que pasa agua de uno a otro, existiendo un sistema de bombeo (no representado) que regula el desplazamiento del agua entre dichos cilindros, en función del momento de vuelco originado por el viento sobre el mástil (2) y el elemento (3) que sustenta, con la particularidad de que, dicho sistema de bombeo u otro sistema de bombeo complementario, constituye un medio

15 de regulación de inmersión de la plataforma, ya que también regula la cantidad total de agua contenida en dichos cuerpos o cilindros (4 ', 4), Y que penetra a través de una o más tomas

(6) en dichos cuerpos (4', 4) para controlar la profundidad del conjunto, de manera que en su posición de trabajo sitúa la estructura de manera que se mantiene con los cuerpos o cilindros (4', 4) sumergidos a una profundidad suficiente para evitar el efecto de las olas

20 sobre ellos, y de forma que solamente sobresalga el mástil (2) o como máximo una parte del cuerpo hueco principal (4 ') que soporta dicho mástil, por encima de la superficie. En una posición de transporte es preferible también mantener los cuerpos huecos o cilindros (4 ', 4) sumergidos pero a menos profundidad, aunque también se podría mantener dichos cuerpos

o cilindros (4', 4) semi-sumergidos, flotando sobre la superficie,

25 Es importante destacar, además, que los cuerpos o cilindros huecos (4', 4) están fabricados de hormigón y, preferiblemente también el mástil (2), ubicando las citadas tomas

(6) bien en alguna parte de los cuerpos huecos o cilindros (4', 4) bien en otra posición de la estructura, En este ejemplo, la estructura comprende una sección del cuerpo hueco principal (4 ')

30 sumergida que decrece ligeramente por su parte superior hasta cortar al nivel del mar, de manera que el área de la sección de la línea de flotación es menor que el área de la sección sumergida del cuerpo hueco principal, situándose sobre dicha sección menor y no sumergida el mástil (2). Una alternativa a esta construcción sería que el mástil (2) se situase directamente sobre el cuerpo hueco principal sumergido, de manera que la sección de la

35 línea de flotación la determinaría el área de la sección del mástil (2) que cortase al nivel del mar.

Las figuras 11 a y 11 b muestran un ejemplo de una estructura en la que el cuerpo principal comprende al menos dos secciones de diferente área.

Opcionalmente, y para amortiguar la arfada, en todos o alguno de los cuerpos o cilindros (4', 4) se prevé la incorporación de placas (no representadas), las cuales, al trabajar dichos cuerpos o cilindros totalmente sumergidos, podrán incorporarse en la parte de los mismos que mejor convenga.

La estructura (1) comprende medios de sujeción (9), rígidos o rígidos y flexibles, como un brazo rígido de acero u otro material, un tirante de acero, un cable, una cadena o cuerda de material sintético, a una boya (7) de amarre, sumergida o no, fijada al fondo marino (FM), mediante medios de amarre, preferiblemente cables, cadenas o cuerdas de un material sintético (8). Debido a dichos medios de sujeción (9), la estructura (1) rotará (R) alrededor de la boya (7) en función de la dirección en que sople el viento.

Atendiendo a las figuras 1 y 2, se observa cómo, en un ejemplo de realización, la estructura (1) comprende tres cuerpos o cilindros huecos (4) de hormigón dispuestos radialmente al mástil (2), siendo la parte inferior de dicho mástil (2) un cuarto cilindro o cuerpo hueco principal (4 ') que se une al resto mediante tramos o brazos huecos (5) radiales. Dicho mástil (2) es en este ejemplo de sección circular, aunque podrían emplearse otras secciones. En este ejemplo, además, la estructura (1 ) comprende una boya (7) flotante que a su vez se encuentra amarrada al fondo marino (FM) mediante los correspondientes medios de amarre, cables, cadenas o cuerdas de un material sintético (8). La estructura se une a dicha boya (7), que a su vez puede incorporar un conector giratorio tipo "swivel" (10) para permitir el libre giro de la estructura en torno a la boya mediante un brazo rígido (9), que podría ser suplementado por otro elemento de sujeción flexible, tal como un cable. El cable de conexión (11) encargado de transmitir la energía generada por el aerogenerador

(3) también está conectado a dicha boya (7), opcionalmente mediante un elemento de transmisión eléctrica giratoria que previene que el cable se retuerza. A dicha boya (7) también se conecta el cable de evacuación y/o los cables de inter-array, en su caso.

En otro ejemplo de realización, mostrado en las figuras 3 y 4, la estructura (1) de la invención comprende únicamente dos cilindros (4', 4) de hormigón, un cilindro principal (4') situado bajo el mástil (2) con el elemento (3) que ha de sustentar, un aerogenerador (3), yel otro (4) unido al primero (4 ') mediante un tramo o brazo (5) que permite el paso del agua entre ambos. En este ejemplo, la sección de la línea de flotación la determina la menor sección de la parte superior del cilindro hueco principal (4'), aunque también podria ser la sección del mástil. Al igual que en el caso anterior, la estructura (1) está unida a una boya

(7), en este caso sumergida y amarrada al fondo marino (FM) mediante cables, cadenas o cuerdas sintéticas (8), mediante un brazo rígido u otro elemento de sujeción (9) o combinación de un elemento rígido y uno flexible, y una unión giratoria (10) o swivel que permite el giro libre de la misma, en función de la dirección del viento. En este ejemplo, el brazo rígido, que puede ser suplementado por un elemento flexible tal como un cable o cuerda (9) se encuentra inclinado entre la boya (7) y la estructura (1 ), en concreto se encuentra anclado al mástil (2), de manera que dicho brazo rígido o rígido junto a un elemento flexible tal como un tirante de acero, cable o cuerda, contribuye a limitar la posibilidad de volteo de la estructura. La boya, en cualquiera de los ejemplos, puede fabricarse en acero o en hormigón dependiendo de las condiciones del emplazamiento y el equilibrio entre durabilidad e inversión inicial. Los elementos de sujeción flexibles impiden que la estructura se vuelque hacia el lado que sopla el viento trabajando por tanto a tracción, y actuando como un tirante. Por otro lado, los elementos de sujeción rígidos permiten 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.

En los dos ejemplos anteriores se han incluido mástiles con sección circular, sin embargo, los mismos pueden presentar otras secciones que ofrezcan menos resistencia al viento cuando están enfrentados a él. Un ejemplo de una sección alternativa de mástil se puede observar en las figuras 6 y 8, donde el mismo no es circular sino ligeramente ovoidal. En cualquier caso, con el fin de dotar al mástil de características aerodinámicas, el mismo puede tener una sección transversal que no sea circular, y adaptada a las condiciones meteorológicas y marinas del lugar de emplazamiento de la estructura.

Asimismo, los cuerpos huecos de la estructura, que como se ha mencionado son preferiblemente cilíndricos, también pueden presentar una sección transversal que no sea cilíndrica.

En el ejemplo de las figuras 5 y 6, se observa una estructura alternativa, con un mástil (20), con sección transversal no circular, con un aerogenerador (3) en su extremo superior, y una estructura sumergida formada por dos cuerpos huecos (40) con las mismas características que los cilindros citados anteriormente y comunicados dichos cuerpos huecos (40) por tramos huecos (50), estando los elementos, cuerpos huecos (40) y tramos (50), incorporados en el interior de una carcasa (45) también de hormigón. El objeto de esta estructura es reducir el coste de construcción de la fundación al facilitar el uso de encofrados deslizantes en cajoneras, cuando los cálculos así lo permitan, en función de las condiciones del mar en el emplazamiento de dicha estructura. En este ejemplo, la sección de la línea de flotación la determina la menor sección del mástil (2).

En el ejemplo de la figura 13, se observa una estructura (1 ) igual a la anteriormente descrita en las figuras 5 y 6, aunque obviamente pOdría ser cualquier otra estructura (1) objeto de la invención, sea esta axisimétrica o no, con un mástil (20), un aerogenerador (3) y la propia estructura (1). Este ejemplo presenta un sistema de amarre alternativo a los mostrados hasta ahora y que es compatible con cualquiera de las estructuras aquí descritas.

En particular, la estructura comprende medios de sujeción (9) ligeramente flexibles, tipo cadena o cuerda de material sintético, que sirven de elemento de unión entre la estructura (1) Y un cajón de hormigón (60), preferiblemente por sistema de succión, situado en el fondo marino (FM) arenoso que actuará como ancla. Dicho cajón (60) podrá montar una manguera (75) que facilitará las maniobras de instalación y desinstalación del mismo en el fondo marino FM y permanecerá enganchada a una boya (7), sumergida o no, permitiendo así su fácil recuperación . A su vez el cajón llevará instalado un dispositivo denominado "swivel" (10), elemento de unión giratorio, tanto mecánico como eléctrico y de señales electrónicas, que permitirá que la estructura bornee alrededor del cajón de hormigón según la dirección del viento sin que se retuerzan el cable de evacuación (11 y los medios de sujeción (9). Para aliviar el peso de los medios de evacuación (11 ) Y de sujeción (9), se dispone un flotador o elevador (conocidos como risers) (9a, 11a) y asimismo los medios de evacuación pueden incluir un muerto (11b).

El sistema de amarre o mooring mostrado en la figura 13 facilita la instalación y desinstalación de la estructura (1) Y minimiza el número de líneas de amarre necesarias lo cual supone una significativa reducción de costes sobre todo a grandes profundidades. Este sistema de amarre es de especial aplicación para lugares profundos, preferiblemente con más de 150 metros de profundidad, aunque pueden ser empleados para profundidades menores.

En el ejemplo de las figuras 7 y 8, se observa otra estructura alternativa que comprende un cilindro hueco sumergido (400), situado debajo del mástil con sección transversal no circular sobre el que se emplaza un aerogenerador (3), estando dicho cilindro

(400) unido a través de un tramo o brazo hueco (500) a un cuerpo hueco (410), también sumergido, de mayores dimensiones que el citado cilindro (400). Esta estructura es de especial aplicación en lugares donde sea habitual un fuerte oleaje transversal a la dirección del viento al mejorar la estabilidad lateral ante esfuerzos transversales. Al igual que en el ejemplo anterior, la sección de la línea de flotación la determina la menor sección del mástil (2).

En otros ejemplos de aplicación en zonas poco profundas, mostradas en las figuras 9a, 9b, 10a y 10b, las cualidades de la estructura, que son: flotabilidad variable; mitigación

de las olas; reducción de la arfada; y compensación automática del momento de vuelco, son utilizadas para reducir y homogeneizar la carga transmitida sobre el fondo marino (FM), lo que resulta especialmente útil durante las maniobras de instalación/desinstalación, y en particular en áreas donde el suelo está constituido por materiales poco consistentes (arenas sueltas, fangos) o con resistencia irregular. En estos ejemplos, no es necesaria la utilización de boyas (7) y se fija directamente la estructura al fondo marino mediante medios de anclaje (8, 80). De esta manera el conjunto pueda apoyarse sobre el lecho marino reduciendo y homogeneizando las cargas sobre el mismo. La estructura no queda completamente apoyada sobre el fondo marino (FM) sino que queda medio suspendida, pudiendo llegar a apoyarse en mayor medida sobre el mismo y complementando así al sistema activo que contrarresta el momento de vuelco ejercido por las fuerzas del viento.

Con esta finalidad, las figuras 9a y 9b, muestran una estructura como la de las figuras 1 y 2, formada por cuatro cuerpos huecos (4, 4") unidos por tramos o brazos preferiblemente prismáticos (5) que en planta forman una "Y", y situando el mástil (2) con el aerogenerador (3) en su extremo superior, en el cuerpo cilíndrico principal (4 ") y central. Esta estructura está anclada al fondo marino (FM) mediante unos medios de anclaje (80) constituidos por pilotes que se sitúan en los tres cuerpos huecos periféricos (4).

Las figuras 1 Da y 1 Db muestran una estructura como la de las figuras 9a y 9b, en el que los medios de anclaje (800) al fondo marino (FM) son anclas con cadenas que se apoyan parcialmente en el fondo marino (FM). El objetivo de las diferentes construcciones es conseguir una estructura de un material duradero y que permita una construcción en serie sencilla, como el hormigón, y que vea reducido su tendencia al volteo lo máximo posible cuando se encuentra situada en alta mar y sujeta a una boya.

En aquellos casos en los que se utilice un amarre convencional o como el de las figuras 9 y 10, será necesario que el aerogenerador (3) o nacelle sea capaz de girar sobre el mástil.

La figura 12 muestra una subestación eléctrica o una plataforma (30) que se dispone sobre una estructura objeto de la presente invención. La estructura en este caso comprende cuatro cuerpos huecos cilíndricos (4") con sección variable, estando la sección inferior de cada uno de ellos y de mayor tamaño sumergida y la sección superior, de menor tamaño que la sección sumergida, determinando la suma de estas secciones menores la sección en la línea de flotación. Dicha sección en la línea de flotación es menor que la suma de las secciones sumergidas de los cuerpos huecos que conforman la estructura. Asimismo, se pueden disponer varios mástiles o columnas (2) sobre los cuerpos huecos que conforman la estructura, de manera que sea la sección de dichos mástiles o columnas (2) los que

determinan la sección en la línea de flotación.

Claims

REIVINDICACIONES

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).

5 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.