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ES2868361A1 - Dispositivo de cimentacion para torre eolica y metodo de montaje - Google Patents

Dispositivo de cimentacion para torre eolica y metodo de montaje Download PDF

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ES2868361A1
ES2868361A1 ES202030320A ES202030320A ES2868361A1 ES 2868361 A1 ES2868361 A1 ES 2868361A1 ES 202030320 A ES202030320 A ES 202030320A ES 202030320 A ES202030320 A ES 202030320A ES 2868361 A1 ES2868361 A1 ES 2868361A1
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lower face
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Avila Oscar Sainz
Gil Ismael Fernandez
Oviedo Cecilio Barahona
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Bluenewables S L
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Abstract

Dispositivo de cimentación para torre eólica y método de montaje. La invención proporciona un dispositivo de cimentación (10) para torre eólica que comprende un cuerpo principal (1) hueco con una cara inferior (2) y una cara superior (3). Tanto la cara inferior (2) como la cara superior (3) comprenden un espacio hueco en su interior, comprendiendo por tanto cada una de las caras un perímetro exterior (21, 31) y un perímetro interior (22, 32). El cuerpo principal (1) comprende adicionalmente una pared lateral exterior (4) dispuesta entre el perímetro exterior (21) de la cara inferior (2) y el perímetro exterior (31) de la cara superior (3) y una pared lateral interior (5) entre el perímetro interior (22) de la cara inferior (2) y el perímetro interior (32) de la cara superior (3). También comprende una pluralidad de columnas (6) que sobresalen desde la cara superior del cuerpo principal. En la invención también se proporciona un método de montaje de una torre eólica (100).

Description

DESCRIPCIÓN
DISPOSITIVO DE CIMENTACIÓN PARA TORRE EÓLICA Y MÉTODO DE MONTAJE
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se enmarca dentro de las plataformas eólicas instaladas en el mar, así como de los medios necesarios para realizar dicha instalación.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
A la hora de instalar un aerogenerador dentro del mar, es necesario proveer un sistema adecuado para realizar su cimentación y estabilización.
Existen numerosos métodos y dispositivos dedicados a tal efecto. Todos ellos se pueden clasificar según dos tipos de clasificaciones: la que corresponde al tipo de cimentación utilizada y la que corresponde al tipo de estructura que se desplaza hasta el punto de instalación.
Según la primera clasificación, los dispositivos pueden ser con cimentación flotante o pesada. Los primeros son más voluminosos, pero no necesitan medios muy potentes para desplazarlos hasta el punto de instalación. Los segundos son más pequeños, pero necesitan grandes barcos que los transporten hasta el punto de instalación.
Según la segunda clasificación, el montaje puede realizarse en tierra (desplazando todo el conjunto hasta el punto de instalación) o en el propio punto de instalación (desplazando la cimentación y la torre de manera independiente).
Los procesos de montaje de la torre, desplazamiento de la cimentación o conjunto y hundimiento de la cimentación son críticos, y poseen sus propios requisitos técnicos relativos a la flotabilidad, inercias y equipamiento necesario para su utilización.
La presente invención aporta una solución alternativa a las ya conocidas para realizar el proceso de instalación de una torre eólica en alta mar.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona una solución alternativa al problema anteriormente propuesto mediante un dispositivo según la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes definen realizaciones preferidas de la invención.
A menos que se defina de otra manera, todos los términos (tanto los científicos como los técnicos) que se usan en este documento han de ser interpretados como lo haría un experto en la materia. Se entenderá, por tanto que los términos de uso común deben ser interpretados de la manera que lo haría un conocedor de la materia, y no de un modo idealizado o estrictamente formal.
A lo largo del texto, la palabra "comprende” (y sus derivados, como "comprendiendo”) no deben ser entendidos de un modo excluyente, sino que deben ser entendidos en el sentido en que admiten la posibilidad de que lo definido pueda incluir elementos o etapas adicionales.
Un objeto de la presente invención se refiere a un dispositivo de cimentación para torre eólica que comprende
un cuerpo principal hueco que comprende una cara inferior destinada a apoyarse sobre el lecho marino y una cara superior opuesta a la cara inferior;
caracterizado el dispositivo por que
tanto la cara inferior como la cara superior comprenden un espacio hueco en su interior, comprendiendo por tanto cada una de las caras un perímetro exterior y un perímetro interior;
el cuerpo principal comprende adicionalmente una pared lateral exterior dispuesta entre el perímetro exterior de la cara inferior y el perímetro exterior de la cara superior y una pared lateral interior entre el perímetro interior de la cara inferior y el perímetro interior de la cara superior; y
el dispositivo comprende adicionalmente una pluralidad de columnas que sobresalen desde la cara superior del cuerpo principal.
Con este tipo de dispositivos de cimentación se consigue una mejor estabilidad en relación al peso, debido al hueco interior que se genera por la forma de las caras superior e inferior. El volumen del dispositivo sujeto al principio de Arquímedes se sitúa lejos de su centro de gravedad, lo que aumenta la estabilidad ante las fuerzas ejercidas por el oleaje.
Las columnas verticales aportan la flotación necesaria durante la inmersión de la estructura. Esta disposición incrementa la altura metacéntrica del cuerpo principal y por lo tanto la estabilidad de la estructura mientras se está lastrando hacia el fondo del mar.
En algunas realizaciones anteriores, al menos una de las columnas está hueca. En realizaciones particulares, el interior de al menos una de las columnas está en comunicación con el interior del cuerpo principal.
Esto permite que las columnas también aporten espacio hueco para recibir el lastre y poder controlar mejor el hundimiento del dispositivo durante el proceso de instalación.
En realizaciones particulares, una de las columnas es una columna de anclaje y posee una superficie de anclaje con medios de anclaje configurados para recibir la instalación de una torre eólica.
El hecho de anclar la torre eólica en una de las columnas permite una mejor fijación y un mejor diseño del dispositivo de cimentación, ya que cuenta con una referencia fija para la torre eólica.
En realizaciones particulares, el dispositivo comprende adicionalmente
una pluralidad de primeras placas ancladas en un anillo de refuerzo de la columna de anclaje;
una pluralidad de segundas placas adaptadas para ser fijadas a un anillo de refuerzo de una torre eólica;
una pluralidad de elementos de elevación configurados cada uno de ellos para ejercer una presión entre una de las primera placas y una de las segundas placas.
Estos elementos de ajuste permiten un ajuste de inclinación una vez situada la torre en la columna de anclaje. El ajuste de inclinación se suele realizar una vez el dispositivo de cimentación está ya apoyado sobre el lecho marino, para poder tomar una referencia fiable de la vertical. Los anillos de refuerzo permiten absorber las tensiones producidas por la fuerza de los elementos de elevación.
En realizaciones particulares, al menos una porción de uno de los elementos de elevación está embutida sobre una segunda placa.
De este modo, los pistones del elemento de elevación pueden servir de guía durante la nivelación de la torre eólica, impidiendo su desequilibrio.
En realizaciones particulares, el dispositivo comprende adicionalmente medios reversibles de bombeo para llenar o vaciar selectivamente el interior del cuerpo principal.
La instalación de medios de bombeo que permitan tanto el llenado como el vaciado del interior del cuerpo principal es una ventaja: la función de llenado permite controlar el proceso de lastrado, mientras que la función de vaciado permite reflotar el dispositivo de cimentación para su desmantelamiento o revisión, permitiendo su reutilización posterior.
En realizaciones particulares, tanto la cara superior como la cara inferior tienen una forma de polígono anular, en el que tanto el perímetro interior como el perímetro exterior son polígonos con el mismo número de lados.
El uso de polígonos en las caras superior e inferior conlleva una gran facilidad de fabricación, ya que permite construir la pared lateral mediante paneles rectangulares.
En realizaciones particulares, tanto la cara superior como la cara inferior tienen una forma de anillo, de modo que tanto el perímetro interior como el perímetro exterior son curvas cerradas, como circunferencias o elipses.
Una única curva cerrada puede ofrecer otras ventajas, como una menor resistencia al avance en el agua.
En realizaciones particulares, el cuerpo principal está fabricado de hormigón.
La fabricación de elementos de cimentación en hormigón es una práctica extendida, la presente invención es perfectamente compatible con estos métodos de fabricación.
En un segundo aspecto inventivo, la invención proporciona un método de instalación de una torre eólica, que comprende las etapas de
proveer un dispositivo de cimentación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
proveer una torre eólica
situar el conjunto formado por el dispositivo de cimentación y la torre eólica en un punto de instalación situado en el mar
llenar el cuerpo principal hueco con un fluido, de modo que se produzca el hundimiento del conjunto formado por el dispositivo de cimentación y la torre eólica.
Este método permite una gran estabilidad mientras se desplaza el dispositivo de cimentación hasta el punto de instalación, debido a su particular geometría con un hueco en su interior.
Este método es compatible tanto para la opción de instalar la torre eólica sobre el conjunto de cimentación en tierra y luego mover todo el conjunto hasta el punto de instalación como para la opción de montar la torre eólica a flote y luego proceder a su transporte y posterior lastrado.
En realizaciones particulares, el método comprende las etapas de
unir la torre eólica a la columna de instalación del dispositivo de cimentación, y desplazar el conjunto formado por el dispositivo de cimentación y la torre eólica hasta un punto de instalación situado en el mar.
En este caso particular, la torre se une a la columna de instalación antes de desplazar todo el conjunto por mar hasta el punto de instalación. La unión de la torre en tierra facilita el proceso y evita el desplazamiento de complejas máquinas hasta el punto de instalación. Además, en tierra la unión no está sujeta al movimiento del oleaje.
En realizaciones particulares, el método comprende adicionalmente las etapas de efectuar mediante un dispositivo de elevación una presión entre una primera placa y una segunda placa para variar la inclinación de la torre eólica con respecto a la columna de anclaje, creando un hueco de nivelación entre la superficie de anclaje y la torre eólica
introducir un elemento de sujeción en el hueco de nivelación.
Esta etapa posterior de nivelación permite corregir la inclinación de la torre una vez que el dispositivo de cimentación descansa sobre el lecho marino. Debido a que no siempre es posible proporcionar un suelo totalmente plano, es posible que el dispositivo de cimentación quede con una pequeña inclinación. Esto se transmitiría irremediablemente a la torre si no fuera por esta etapa adicional.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Para completar la descripción y facilitar la mejor comprensión de la invención, se añade a la descripción un conjunto de figuras. Estas figuras forman parte de la descripción e ilustran un ejemplo particular de la invención, que no debe ser interpretado como limitante del alcance de la misma, sino como un mero ejemplo de cómo la invención se puede llevar a cabo. Este conjunto de figuras comprende las siguientes:
Las figuras 1a y 1b muestran dos ejemplos particulares de dispositivos de cimentación para torre eólica de acuerdo con la invención.
Las figuras 2a a 2d muestran distintas etapas de un método de instalación de acuerdo con la invención.
La figura 3 muestra un detalle de la conexión entre la columna de un dispositivo de cimentación y una torre eólica, en la que puede apreciarse un sistema de corrección de la inclinación de un dispositivo de cimentación según la invención.
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características técnicas de la invención, las citadas Figuras se acompañan de una serie de referencias numéricas donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo siguiente:
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DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Se procede a continuación a describir un ejemplo de realización preferida de la presente invención, aportada con fines ilustrativos pero no limitativos de la misma.
Las figuras 1a y 1b muestran dos ejemplos particulares de dispositivos de cimentación 10 para torre eólica de acuerdo con la invención.
Cada dispositivo 10 comprende un cuerpo principal 1 hueco con una cara inferior 2 destinada a apoyarse sobre el lecho marino y una cara superior 3 opuesta a la cara inferior 2.
Tanto la cara inferior 2 como la cara superior 3 comprenden un espacio hueco en su interior, comprendiendo por tanto cada una de las caras un perímetro exterior 21, 31 y un perímetro interior 22, 32.
Asimismo, tanto la cara superior 3 como la cara inferior 2 tienen una forma de polígono anular. No obstante, esta forma poligonal puede alterarse en otras realizaciones. En las figuras 1a y 1b se muestra un hexágono y un cuadrado, pero bien puede realizarse con triángulos, pentágonos, heptágonos, octógonos, etc. o bien por realizarse en curvas cerradas, como circunferencias, óvalos o elipses.
Debido a que tanto la cara superior 3 como la cara inferior 2 tienen forma de polígono anular, hueco en su centro, el cuerpo principal 1 comprende adicionalmente una pared lateral exterior 4 dispuesta entre el perímetro exterior 21 de la cara inferior 2 y el perímetro exterior 31 de la cara superior 3 y una pared lateral interior 5 entre el perímetro interior 22 de la cara inferior 2 y el perímetro interior 32 de la cara superior 3.
Además de este cuerpo principal 1, el dispositivo de cimentación 10 también comprende una pluralidad de columnas 6 que sobresalen desde la cara superior del cuerpo principal. Estas columnas 6 están huecas, y su interior está en comunicación con el interior del cuerpo principal.
Las columnas verticales de flotación permiten que el dispositivo de cimentación 10 pueda ser sumergido en su momento sin ayuda de embarcaciones auxiliares de gran tonelaje, simplemente añadiendo agua de lastre. Estas columnas mantienen los valores de la inercia en la flotación en valores de estabilidad adecuados, resultando como principal ventaja la reducción de los costes de instalación, tanto en materiales como en medios auxiliares, pudiendo realizarse el proceso de inmersión de una manera segura, eficiente y rápida.
La forma de estas columnas puede ser diversa, siempre y cuando mantenga la inercia en flotación en valores aceptables. Por lo tanto, son admisibles secciones circulares o poligonales.
Una de estas columnas es una columna de anclaje 60 y posee una superficie de anclaje 61 con medios de anclaje 62 configurados para recibir la instalación de una torre eólica. Estos medios de anclaje 62 están configurados para proporcionar una unión atornillada entre la columna y la torre.
Además, como puede observarse en la figura, el dispositivo de cimentación 10 también incluye unos medios reversibles de bombeo 11 para llenar o vaciar selectivamente el interior del cuerpo principal 1 durante las operaciones de instalación y lastrado y de desmantelamiento o flotación.
El sistema de bombeo está configurado para un funcionamiento reversible, permitiendo el deslastrado de la estructura y su posterior transporte para el desmantelamiento una vez concluida la vida útil de la plataforma. Para ello su diseño cuenta con la protección contra la corrosión y tanto las bombas como alguna serie de válvulas son remplazables durante el ciclo de vida de la estructura. La ubicación de la cámara de bombas está situada en un cuarto seco situado en el dispositivo de cimentación 10.
Tanto el cuerpo principal 1 como las columnas 6 están fabricadas de hormigón.
Las figuras 2a a 2d muestran distintas etapas de un método de instalación de acuerdo con la invención.
En la figura 2a se muestra el conjunto formado por el dispositivo de cimentación 10 y una torre eólica 100, que ha sido montada sobre la columna de instalación 60 en tierra.
El hecho de poder instalar el equipo con medios terrestres y en un entorno portuario reduce el proceso logístico y elimina los riesgos inherentes a cualquier operación en mar abierto y entre dos cuerpos con movimientos relativos distintos debido a sus diferentes flotabilidades.
A continuación, tal y como se observa en la figura 2b, una serie de remolcadores podrán transportar la estructura hasta el punto de instalación.
Allí, tal y como muestra la figura 2c, el sistema de bombeo 11 se activará para llenar el cuerpo principal 1 de agua. Esto dará lugar a la inmersión de la plataforma, tal y como queda ilustrado en la figura 2d. Durante este proceso solamente será necesaria la asistencia de los remolcadores para mantener la plataforma en posición, debido a las columnas de flotación que como se ha explicado garantizan que durante la inmersión no sea necesario medios auxiliares adicionales.
La figura 3 muestra un detalle de la conexión entre la columna de anclaje 60 y la torre eólica 100, en la que puede apreciarse un sistema de corrección de la inclinación de la torre eólica 100.
Este sistema comprende elementos tanto en la columna de anclaje 60 como en la torre eólica 100:
una pluralidad de primeras placas 7 ancladas a un anillo de refuerzo 63 de la columna de anclaje 60;
una pluralidad de segundas placas 8 fijadas a un anillo de refuerzo 63 de la torre eólica 100;
una pluralidad de cilindros hidráulicos de elevación 9 configurados cada uno de ellos para ejercer una presión entre una de las primera placas 7 y una de las segundas placas 8.
Las placas 7, 8, dispuestas de manera perpendicular al anillo de refuerzo 63 respectivo, son los encargados de alojar el cuerpo o base de los cilindros hidráulicos 9. Las placas 7, 8 perpendiculares a los anillos de refuerzo 63 son los encargados de recibir la fuerza del pistón del cilindro hidráulico 9.
Para evitar que la torre se desnivele al subirla, los propios pistones actúan a modo de guía, embutiendo el cilindro hidráulico 9 sobre la propia placa 8 de la torre 100. Si bien el cilindro hidráulico 9 sólo actúa sobre la placa 8 de la torre 100, se pueden utilizar unas guías auxiliares para evitar que se desestabilice la torre 100 durante el proceso de nivelación.
Estos elementos mostrados en la figura 3 se utilizan en una etapa de corrección, que se efectúan posteriormente a la etapa ilustrada en la figura 2d. Una vez que el dispositivo de cimentación 10 ha sido fondeado, esta etapa de corrección supone
utilizar los cilindros hidráulicos de elevación 9 para efectuar una presión entre una primera placa 7 anclada a un anillo de refuerzo 63 de la columna de anclaje 60 y una segunda placa 8 anclada a un anillo de refuerzo 63 de la torre eólica 100, para variar la inclinación de la torre eólica 100 con respecto a la columna de anclaje 60, creando un hueco de nivelación entre la superficie de anclaje y la torre eólica
introducir un elemento de sujeción en el hueco de nivelación.
Para cerrar el espacio generado por el hueco de nivelación se pueden utilizar diferentes soluciones, como por ejemplo chapas, una pasta de epoxy y material metálico o un líquido de epoxy y material metálico.
De este modo, se produce la fijación de la torre eólica 100 en su nueva inclinación, intentando que el resultado final sea lo más vertical posible.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. - Dispositivo de cimentación (10) para torre eólica que comprende
un cuerpo principal (1) hueco que comprende una cara inferior (2) destinada a apoyarse sobre el lecho marino y una cara superior (3) opuesta a la cara inferior (2); caracterizado el dispositivo por que
tanto la cara inferior (2) como la cara superior (3) comprenden un espacio hueco en su interior, comprendiendo por tanto cada una de las caras un perímetro exterior (21, 31) y un perímetro interior (22, 32);
el cuerpo principal (1) comprende adicionalmente una pared lateral exterior (4) dispuesta entre el perímetro exterior (21) de la cara inferior (2) y el perímetro exterior (31) de la cara superior (3) y una pared lateral interior (5) entre el perímetro interior (22) de la cara inferior (2) y el perímetro interior (32) de la cara superior (3); y
el dispositivo comprende adicionalmente una pluralidad de columnas (6) que sobresalen desde la cara superior del cuerpo principal.
2. - Dispositivo (10) según la reivindicación 1, donde al menos una de las columnas (6) está hueca.
3. - Dispositivo (10) según la reivindicación 2, en el que el interior de al menos una de las columnas (6) está en comunicación con el interior del cuerpo principal.
4. - Dispositivo (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una de las columnas es una columna de anclaje (60) y posee una superficie de anclaje (61) con medios de anclaje (62) configurados para recibir la instalación de una torre eólica.
5. - Dispositivo (10) según la reivindicación 4, que comprende adicionalmente
una pluralidad de primeras placas (7) ancladas en un anillo de refuerzo (63) de la columna de anclaje (60);
una pluralidad de segundas placas (8) adaptadas para ser fijadas a un anillo de refuerzo (63) de una torre eólica (100);
una pluralidad de elementos de elevación (9) configurados cada uno de ellos para ejercer una presión entre una de las primera placas (7) y una de las segundas placas (8).
6. - Dispositivo (10) según la reivindicación 5, en el que al menos una porción de uno de los elementos de elevación (9) está embutida sobre una segunda placa (8).
7. - Dispositivo (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente medios reversibles de bombeo (11) para llenar o vaciar selectivamente el interior del cuerpo principal.
8. - Dispositivo (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que tanto la cara superior (3) como la cara inferior (2) tienen una forma de polígono anular, en el que tanto el perímetro interior como el perímetro exterior son polígonos con el mismo número de lados.
9. - Dispositivo (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que tanto la cara superior (3) como la cara inferior (2) tienen una forma de anillo, de modo que tanto el perímetro interior como el perímetro exterior son curvas cerradas, como circunferencias o elipses.
10. - Dispositivo (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el cuerpo principal está fabricado de hormigón.
11. - Método de instalación de una torre eólica (100), que comprende las etapas de proveer un dispositivo de cimentación (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores;
proveer una torre eólica (100);
situar el conjunto formado por el dispositivo de cimentación (10) y la torre eólica (100) en un punto de instalación situado en el mar; y
llenar el cuerpo principal hueco (1) con un fluido, de modo que se produzca el hundimiento del conjunto formado por el dispositivo de cimentación y la torre eólica.
12. - Método según la reivindicación 11, en el que el dispositivo de cimentación es según la reivindicación 4 y el método comprende las etapas de
unir la torre eólica (100) a la columna de instalación (60) del dispositivo de cimentación (10), y
desplazar el conjunto formado por el dispositivo de cimentación (10) y la torre eólica (100) hasta un punto de instalación situado en el mar.
13.- Método según cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, en el que el dispositivo de cimentación es según la reivindicación 5 y el método comprende adicionalmente las etapas de
efectuar mediante un dispositivo de elevación (9) una presión entre una primera placa (7) y una segunda placa (8) para variar la inclinación de la torre eólica (100) con respecto a la columna de anclaje (60), creando un hueco de nivelación entre la superficie de anclaje y la torre eólica; y
introducir un elemento de sujeción en el hueco de nivelación.
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