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ES2785802B2 - Procedimiento de instalacion de un aerogenerador de torre mar adentro - Google Patents

Procedimiento de instalacion de un aerogenerador de torre mar adentro Download PDF

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ES2785802B2
ES2785802B2 ES201930315A ES201930315A ES2785802B2 ES 2785802 B2 ES2785802 B2 ES 2785802B2 ES 201930315 A ES201930315 A ES 201930315A ES 201930315 A ES201930315 A ES 201930315A ES 2785802 B2 ES2785802 B2 ES 2785802B2
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Garcia-Conde José Salustiano Serna
Acon Carlos Garcia
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Esteyco SAP
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Esteyco SAP
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Priority to US17/601,259 priority patent/US20220170220A1/en
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Priority to PCT/ES2020/070224 priority patent/WO2020201605A1/es
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Description

DESCRIPCIÓN
PROCEDIMIENTO DE INSTALACIÓN DE UN AEROGENERADOR DE TORRE MAR ADENTRO
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un procedimiento de instalación de un aerogenerador marino de torre, donde dicha torre comprende preferentemente una cimentación con una losa inferior sustancialmente plana. El campo técnico de aplicación de la invención se refiere, por tanto, al ámbito de las energías renovables y, más concretamente, de las técnicas de instalación de estructuras de generación mar adentro (o, en general, aguas adentro en cualquier otro entorno acuático), también designadas como "offshore”. La invención resulta especialmente adecuada en parques eólicos cercanos a la costa o de bajo calado, conocidos habitualmente como "near-shore”.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la actualidad, son conocidos los procedimientos de instalación de aerogeneradores marinos de torre en medios marinos de profundidades moderadas o altas (entendidas éstas como las superiores a 15 metros), como por ejemplo el descrito en la solicitud de patente WO0134977A. En dicho procedimiento, se dispone una cimentación metálica o de hormigón cuyo interior es estanco, y una torre de aerogenerador sobre la citada cimentación. La flotabilidad del conjunto del aerogenerador es regulable, por medio de bombas que permiten introducir o sacar volumen de agua en el espacio interior de dicha cimentación y/o de la torre. Ello permite, en diferentes fases del proceso, que la cimentación pueda ser fondeada provisionalmente (aumentando su volumen de lastre) para instalar la turbina sobre la torre y que, posteriormente, dicho lastre sea evacuado con las bombas, poniendo el conjunto a flote de nuevo. En esta condición, un barco de transporte puede ser acoplado de forma solidaria a la torre, y desplazarse hasta el punto de instalación definitiva en alta mar. Para dicha instalación, se vuelve a bombear agua al interior de la cimentación, lo que hace que el conjunto se hunda hasta alcanzar el lecho marino.
Si bien este tipo de procedimientos permiten regular de forma eficiente la flotabilidad del conjunto de la torre durante las diferentes etapas de montaje de la turbina e instalación a profundidades superiores a 15 metros, poseen severas limitaciones cuando se aplican a operaciones near-shore, como consecuencia de la complejidad de su cimentación y de los sistemas de lastre. Ello se debe a que la construcción de una cimentación estanca (necesaria para profundidades altas) requiere grandes cantidades de material, para garantizar que dicha cimentación es estanca, lo que obliga generalmente a instalar una losa superior que cubre los espacios de admisión de lastre. El mayor peso correspondiente implica calados que hacen imposible el traslado e instalación de la cimentación en zonas de escasa profundidad, limitando por ello la aplicabilidad de las soluciones en casos near-shore. Asimismo, el uso de bombas y sistemas de admisión, válvulas, etc. en este tipo de tecnologías complica los procesos de instalación, tanto a nivel operativo como por el mayor riesgo de avería que comportan durante las etapas de lastrado y deslastrado de la cimentación o de la torre. Ello hace que este tipo de tecnologías de instalación resulten poco adecuados para parques eólicos offshore o near-shore con un número elevado de torres.
Asimismo, con relación a las técnicas de lastre de cimentaciones de torres offshore, son también conocidas las cimentaciones basadas en compartimentos abiertos (también conocidos como celdas), tales como los de la cimentación descrita en la patente ES2593263B1. Dicha cimentación es una estructura de gravedad autotransportable de hormigón, que puede fondearse sin necesidad de elementos auxiliares (tales como barcos, flotadores, etc.). No obstante, su complejidad es elevada y precisa de una losa horizontal en forma de anillo, que añade etapas constructivas excesivas en su proceso de fabricación. De nuevo, esta complejidad y peso añadidos hacen que este tipo de cimentaciones no resulten adecuadas para parques eólicos offshore con un gran número de torres, o para regiones de instalación cercanas a la costa (near-shore). Además, su proceso de lastrado no es reversible, o no al menos sin el uso de técnicas complejas.
Finalmente, con relación a las técnicas específicas de transporte de las cimentaciones referidas, son conocidos los sistemas de transporte basados en barcos equipados con gatos de izado/fondeo, como por ejemplo el buque de transporte descrito en la patente ES2607428B1. Dicho buque consta de una estructura flotante en forma de "U”, y una pluralidad de gatos de izado (o "jacks”) dispuestos como medios de elevación o descenso de la cimentación o de la torre.
No obstante, el uso específico de dichos barcos de transporte en operaciones cercanas a puerto o a la costa, para su aplicación a parques eólicos de tipo nearshore, no ha sido reportada hasta la fecha en el estado de la técnica.
A la luz de las anteriores limitaciones y problemas técnicos se hace necesario, por tanto, proporcionar nuevos procedimientos de instalación de aerogeneradores marinos de torre de tipo near-shore (esto es, preferentemente en profundidades inferiores a 15 metros) y que permitan realizar de forma más eficiente las etapas de montaje del aerogenerador sobre la torre, así como las relativas al transporte del conjunto formado por la torre y el aerogenerador hasta su punto de fondeo definitivo mar adentro.
La presente invención permite resolver dicha necesidad, gracias a un novedoso procedimiento de instalación de un aerogenerador marino de torre, y a un aerogenerador obtenido mediante dicho procedimiento.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN
Para resolver los inconvenientes del estado de la técnica anteriormente descritos, la presente invención tiene por objeto proporcionar un procedimiento de instalación de aerogeneradores que resulta especialmente indicado para zonas de bajo calado, o near-shore.
Dicho objeto de la invención se realiza, preferentemente, mediante un procedimiento de instalación de un aerogenerador mar adentro, del tipo que comprende una turbina eólica y un fuste de torre, donde el aerogenerador está equipado, asimismo, con una cimentación que comprende una losa inferior y un muro perimetral dispuesto sobre dicha losa inferior, de forma que dicha cimentación hace de base de apoyo del aerogenerador sobre el fondo marino, y donde el recinto interior delimitado por la losa inferior y el muro perimetral conforma un espacio principal abierto superiormente, estando dicha cimentación adaptada para la admisión de material de lastre y donde, en ausencia de dicho material de lastre el aerogenerador o su cimentación es flotante o autoflotante.
Ventajosamente, el procedimiento comprende la realización de las siguientes etapas:
a) se construye en seco la cimentación;
b) se pone a flote dicha cimentación;
c) se transporta de forma flotante o autoflotante dicha cimentación, hasta las proximidades de un muelle de trabajo;
d1) se introduce material de lastre en el espacio principal de la cimentación;
d2) antes o después del paso d1), se aumenta el calado de la cimentación hasta que ésta queda apoyada en un terreno de apoyo sobre el fondo marino, en una posición de montaje en las proximidades de dicho muelle de trabajo donde, en el momento en que la cimentación se apoya en dicho terreno, el nivel superior del muro perimetral permanece por encima del nivel del agua, sin que el agua rebose superiormente desde el exterior de la cimentación hacia el interior de su espacio principal;
e) se monta sobre la cimentación al menos parte del fuste de torre y el aerogenerador, empleando para ello una grúa dispuesta en el muelle de trabajo;
f) mientras la cimentación permanece apoyada en la posición de montaje sobre el terreno de apoyo, se acopla la cimentación a un sistema flotante auxiliar, de tal modo que dicha cimentación y dicho sistema flotante auxiliar pasan a ser sustancialmente solidarios en al menos alteada, balanceo y cabeceo, formando el conjunto de dicha cimentación y dicho sistema flotante auxiliar una unidad de transporte, donde sistema flotante auxiliar comprende:
- medios de conexión vertical, adaptados para conectar verticalmente la cimentación y el sistema flotante auxiliar y que permiten transmitir fuerzas verticales entre ambos;
- medios de ascenso/descenso adaptados para variar, de forma controlada, la cota o posición vertical de la cimentación;
g) se aplica, a través de los medios de ascenso/descenso, una fuerza vertical ascendente sobre dicha cimentación y una fuerza vertical descendente sobre dicho sistema flotante auxiliar, de tal modo que al menos parte del peso de la cimentación y/o el aerogenerador queda suspendido de dicho sistema flotante auxiliar;
h) se reduce el material de lastre del espacio principal de la cimentación;
i) se pone la unidad de transporte a flote;
j) se transporta la unidad de transporte de forma flotante o autoflotante, hasta situarse sobre un punto de instalación definitivo en el fondo marino;
k) se apoya la cimentación en el fondo marino, sobre punto de instalación definitivo, siguiendo para ello los siguientes pasos en cualquier orden o simultáneamente:
k1) se introduce material de lastre en el espacio principal de la cimentación; k2) se actúa sobre los medios de ascenso/descenso para reducir controladamente la altura o cota de la cimentación, hasta que ésta queda apoyada sobre el fondo marino en el punto de instalación, manteniendo en todo momento un francobordo positivo del sistema flotante auxiliar;
l) se desacopla el sistema flotante auxiliar de la cimentación, siguiendo para ello uno o más de los siguientes pasos:
11) se actúa sobre los medios de ascenso/descenso para reducir y/o anular las fuerzas verticales soportadas por los medios de conexión vertical;
12) se desconectan los medios de conexión vertical de la cimentación; m) se transporta el sistema flotante auxiliar para su recuperación y/o reutilización.
En una realización preferente de la invención, la cimentación del aerogenerador comprende uno o más de los siguientes elementos:
- un pedestal inferior para el apoyo del fuste de torre;
- una pluralidad de puntales o jabalcones de apoyo del fuste de torre, o conectados a un pedestal de la propia cimentación;
- uno o más tabiques de separación dispuestos en el interior del espacio principal de la cimentación.
En otra realización preferente de la invención:
- la losa inferior y/o el muro perimetral son estancos, o
- la losa inferior y/o el muro perimetral comprenden puntos auxiliares de admisión de material de lastre, opcionalmente equipados con válvulas de llenado.
En otra realización preferente de la invención, durante el paso k2), el nivel del agua rebasa el nivel superior del muro perimetral con, al menos, la mitad del volumen del espacio principal de la cimentación ocupada por material de lastre introducido durante el paso k1).
En otra realización preferente de la invención, en el paso k1), se permite la entrada de material de lastre al interior del espacio principal de la cimentación, a través de uno o más puntos auxiliares de admisión de dicho material de lastre, dispuestos en la losa inferior y/o en el muro perimetral, hasta que el material de lastre ocupa, al menos, la mitad del volumen del espacio principal de la cimentación.
En otra realización preferente de la invención, durante el paso k2), el sistema flotante auxiliar soporta el peso de la cimentación con francobordo positivo, estando el espacio principal de la cimentación totalmente lleno de material de lastre.
En otra realización preferente de la invención, en la unidad de transporte, el sistema flotante auxiliar posee un francobordo superior al francobordo del muro perimetral de la cimentación.
En otra realización preferente de la invención el procedimiento comprende, posteriormente a la etapa i), una o más de las siguientes etapas:
n) se rellena al menos parte del espacio principal de la cimentación con material de lastre sólido, dispuesto a través de la abertura superior de dicha cimentación;
o) se protege cualquiera de los elementos el aerogenerador con uno o más medios anti-socavación.
En otra realización preferente de la invención, el procedimiento comprende:
- antes de la etapa c), la etapa:
p) se ensambla la cimentación en una zona de dique seco, donde dicha zona de dique seco posee una compuerta de admisión de agua configurada para regular el grado de inundación del dique seco y, durante la etapa b), se abre dicha compuerta para inundar la zona de dique seco manteniendo el nivel superior del muro perimetral de la cimentación por encima del nivel del agua, de forma que el agua no rebosa superiormente desde el exterior de la cimentación hacia el interior de su espacio principal; y/o
- después de la etapa e) y antes de la etapa j), la etapa:
q) se realiza una o más operaciones de puesta en marcha y/o control de funcionamiento del aerogenerador.
En otra realización preferente de la invención, en la etapa d) y/o el paso k1) del procedimiento, el llenado con material de lastre del espacio principal de la cimentación se realiza con agua y/o por gravedad.
En otra realización preferente de la invención, la cimentación comprende uno o más salientes laterales y un sistema de pretensado adaptado para aplicar una fuerza de pretensado para apretar el sistema flotante auxiliar contra dichos salientes laterales de la cimentación. Los salientes laterales son preferentemente una prolongación de la losa inferior más allá de la cara exterior del muro perimetral de la cimentación. La ventaja de esta configuración es que, al apretar la cimentación contra el sistema flotante auxiliar, se limitan los movimentos laterales relativos entre ambos. Para favorecer dicho acoplamiento en horizontal, la superficies de contacto entre dichos salientes y el sistema flotante auxiliar puede comprender medios para potenciar el rozamiento, o elementos tipo engranaje o resaltos en una superficie que encajan en la otra. Adicionalmente, al pretensar, se reducen las variaciones de fuerza que reciben los cables de los medios de ascenso/descenso durante el transporte en particular, y de ese modo se reduce su fatiga (la de los cables y los propios medioa de elevación).
En otra realización preferente de la invención, los medios de ascenso/descenso comprenden:
- al menos tres gatos o grúas de elevación dispuestos en el sistema flotante auxiliar, que comprenden cables de suspensión cuyo extremo inferior se conectan a la cimentación(2);
y donde, en el paso k2), se desciende la cimentación regulando la longitud de dichos cables de suspensión, de tal modo que la cota relativa entre la cimentación y el sistema flotante auxiliar varía conforme la cimentación desciende progresivamente hasta alcanzar el fondo;
- medios flotantes regulables, adaptados para modificar el grado de hundimiento de la cimentación y/o de la unidad de transporte.
En otra realización preferente de la invención, los medios de ascenso/descenso comprenden:
- una conexión fija entre el sistema flotante auxiliar y la cimentación, que no permite que la cota relativa entre ambos elementos varíe. Dicha conexión puede hacerse, preferentemente, mediante pasadores horizontales que salen del sistema flotante auxiliar y penetran en un orificio del muro perimetral, de modo que dicho sistema flotante y la cimentación se acoplan y desacoplan sacando o metiendo esos pasadores;
- Un sistema de lastre en el sistema flotante, que permite regular el lastre en su casco;
y donde en el paso k2) se desciende la cimentación regulando el lastre en el sistema flotante auxiliar para aumentar el calado del conjunto de tal modo que el sistema flotante auxiliar y la cimentación descienden conjuntamente sin variar su cota relativa hasta que la cimentación apoya en el fondo,
y donde el sistema flotante auxiliar tiene una altura suficiente para poder sumergirse junto con la cimentación manteniendo en todo momento un francobordo positivo. En emplazamientos de profundidad elevada, este último se puede alcanzar, opcionalmente, meiante columnas que sobresalen de la cubierta del sistema flotante auxiliar, tal modo que la cubierta del mismo pueda llegar a sumergirse, pero las columnas siguen sobresaliendo. El área de las columnas en ese caso debe ser suficiente para proporcionar suficiente estabilidad al conjunto cuando la cubierta del sistema flotante se haya sumergido.
En otra realización preferente de la invención, durante el paso k2) del procedimiento, el sistema flotante auxiliar permanece, sustancialmente, en la misma posición respecto al nivel del agua.
En otra realización preferente de la invención, el sistema flotante auxiliar posee una estructura de anillo, que rodea por completo la cimentación, y que es articulado para poderse abrir y cerrar para acoplarlo y desacoplarlo de la cimentación. Al rodear por completo la cimentación, puede incrementar el francobordo efectivo de la misma, evitando de ese modo el riesgo de entrada de agua en particular durante el transporte.
En otra realización preferente de la invención, el sistema flotante auxiliar posee un área de flotación y un francobordo tales que, durante el paso k2), el sistema flotante auxiliar puede soportar el peso del aerogenerador y la cimentación parcialmente sumergida y con el recinto principal totalmente lleno de lastre, manteniendo un francobordo positivo.
En otra realización preferente de la invención, el punto de instalación definitivo en el fondo marino posee una profundidad inferior a 15 m.
En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un aerogenerador instalado mediante un procedimiento según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento.
Las realizaciones anteriores no han de entenderse como limitativas del ámbito de protección de la invención, comprendiendo dicho ámbito cualquier combinación técnicamente posible de las mismas, siempre que éstas no resulten mutuamente excluyentes. Asimismo, si bien el presente documento se referirá, generalmente, a la instalación de aerogeneradores en el medio marino, la invención ha de entenderse igualmente aplicable o referida a cualquier otro medio de tipo acuático.
La expresión “sustancialmente”, aplicada a cualquiera de los términos empleados en el presente documento, se entenderá como idéntica o comprendida en un margen de variación de un 10% superior o inferior.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Las anteriores y otras características y ventajas se comprenderán más plenamente a partir de la descripción detallada de la invención, así como de los ejemplos de realización preferente referidos a los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 muestra una vista general de perfil de un aerogenerador marino, apto para su instalación mediante el procedimiento de la invención.
Las Figuras 2a-2b muestran, respectivamente, una vista de perfil y de planta de la cimentación del aerogenerador de la invención, en una realización preferente de la misma.
La Figura 3 muestra una etapa de fabricación de la cimentación del aerogenerador dique seco, con la ayuda de una grúa adaptada al efecto.
La Figura 4a muestra una etapa de fabricación de una pluralidad de cimentaciones de aerogenerador según la presente invención, dispuestos en una zona de dique seco en diferentes grados de ejecución de su montaje. La Figura 4b muestra una etapa posterior de inundación del dique seco.
La Figura 5 muestra una etapa de instalación de la turbina eólica del aerogenerador sobre el fuste de torre y la cimentación, según una realización preferente de la invención.
La Figura 6 muestra una vista en perspectiva de la unidad de transporte formada por la cimentación del aerogenerador y el sistema flotante auxiliar.
Las Figuras 7a-7c muestran dos posibles realizaciones de un sistema flotante auxiliar de tipo embarcación con forma de "U” (7a) o en forma de anillo (7b-7c).
Las Figuras 8a-8d muestran diferentes etapas de fondeo del aerogenerador en su punto final de instalación, apoyándose en el sistema flotante auxiliar durante dicho fondeo.
Las Figuras 9a-9b muestran una etapa de llenado del espacio principal de la cimentación con un material de lastre de tipo granular, cubierto asimismo con una capa de rocas.
Listado de referencias numéricas de las figuras:
Figure imgf000011_0001
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Se expone, a continuación, una descripción detallada de la invención referida a diferentes realizaciones preferentes de la misma, basadas en las Figuras 1-9 del presente documento. Dicha descripción se aporta con fines ilustrativos, pero no limitativos de la invención reivindicada.
La Figura 1 muestra una vista general de perfil de un aerogenerador (1) marino apto para su instalación mediante el procedimiento de la invención. Dicho aerogenerador (1) comprende, preferentemente, una turbina (1’) eólica en su extremo superior y un fuste (1’’) de torre en su región central. Asimismo en su extremo inferior, el aerogenerador (1) posee una cimentación (2) que comprende, a su vez, una losa inferior (3), preferentemente estanca y con forma sustancialmente horizontal, y un muro perimetral (4), también preferentemente estanco y dispuesto sobre la losa inferior (3), de forma que dicha cimentación (2) hace de base de apoyo del aerogenerador (1) sobre el fondo (5) marino (o, en general, acuático). Asimismo, y tal como se muestra en las Figuras 2a-2b (que representan, respectivamente, vistas de perfil y planta de la cimentación (2)), el recinto interior delimitado por la losa inferior (3) y el muro perimetral (4) conforma un espacio principal (6) de admisión de lastre (7), configurado para alojar un volumen de material (ya sea agua, arena, grava, etc.) que modifica la flotabilidad del conjunto para facilitar las operaciones de fondeo del aerogenerador (1) hasta alcanzar el fondo marino (5). No obstante, en ausencia de lastre (7) en el espacio principal (6) de la cimentación (2), dicho aerogenerador es, preferentemente, autoflotante.
A diferencia de otras cimentaciones del estado de la técnica, y tal como se aprecia en las Figuras 2a-2b, el espacio principal (6) de la cimentación de la invención es un espacio parcial o totalmente abierto en su región superior, adaptado para admitir o retirar lastre (7) en diferentes etapas del procedimiento de instalación y/o transporte del aerogenerador (1). Asimismo, en otras realizaciones de la invención, es posible también disponer de uno o más puntos (8, 8’) auxiliares de entrada o salida de lastre (7) en otras regiones de la cimentación. Dichos puntos (8, 8’) de entrada/salida se utilizarán, preferentemente, como accesos de agua al espacio principal (6) de la cimentación (1), destinados al fondeo de la misma. Más preferentemente, dichos accesos estarán regulados por válvulas o medios de control de paso análogos.
Además de los elementos anteriores, la cimentación (2) del aerogenerador (1) de la invención comprende, preferentemente, una pluralidad de puntales (9) o jabalcones de apoyo del fuste (1’’) de torre o conectados a un pedestal (2’) inferior de la propia cimentación (2), destinados para reforzar la estructura del conjunto. Adicionalmente, en diferentes realizaciones de la invención (ver Figura 2b), el espacio principal (6) de la cimentación (2) puede poseer uno o más tabiques (10) de separación, destinados a reforzar su integridad estructural, con disposición preferentemente radial.
Como se ha mencionado en el apartado de antecedentes de la invención, el aerogenerador (1) aquí descrito está especialmente destinado para su instalación en medios acuáticos o marinos de bajo calado, preferentemente en profundidades de fondo (5) inferiores a 15 metros. Para ello, resulta esencial que el conjunto formado por la turbina (1’), fuste (1’’) y cimentación (2) sea ligero en comparación con otros aerogeneradores offshore destinados para su instalación a profundidades mayores (superiores a 15 metros). En este sentido, y como se detallará a continuación, el uso de una cimentación (2) abierta superiormente resulta fundamental, de forma que la masa total se vea reducida y el calado del conjunto en flotación se mantenga siempre a unos límites aceptables por encima del fondo (5) marino/acuático en las etapas de montaje, transporte o instalación en las que el aerogenerador (1) se encuentra a flote.
Inicialmente, la instalación del aerogenerador posee una fase de fabricación de la cimentación (2), que se realiza preferentemente en seco, con su losa inferior (3) apoyada sobre el terreno (11). Dicha cimentación será, más preferentemente, una cimentación total o parcialmente hecha de hormigón, mediante las técnicas habitualmente empleadas en los procesos de fabricación de estructuras con este material. En las Figuras 3 y 4 del presente documento se muestran diferentes etapas de esta fase, donde se aprecia cómo la cimentación (2) se ensambla en una zona de dique seco (12), con la ayuda de una grúa (13) adaptada al efecto (Figura 3). Como se ha mencionado, el método específico de ensamblaje de los elementos de la cimentación (2) no es una parte esencial de la invención, por lo que pueden emplearse para ello cualesquiera técnicas conocidas en el estado de la técnica. Asimismo, la Figura 4a muestra una pluralidad de cimentaciones (2) según la presente invención, dispuestos en una zona de dique seco en diferentes grados de ejecución de su montaje. Preferentemente, la zona de dique seco (12) posee una compuerta (14) o medio análogo de admisión de agua, destinado para regular el grado de inundación del dique seco (12). Una vez la cimentación (2) se encuentra finalizada, se abre la compuerta (14) dejando que el agua inunde progresivamente el dique (12), hasta que el empuje producido por el volumen de agua entrante ponga, por sí mismo, la cimentación (2) a flote (Figura 4b). Esencialmente, durante la operación de puesta a flote de la cimentación (2), el nivel superior de su muro perimetral (4) permanece por encima del nivel del agua (15), garantizándose así que el agua no rebosa superiormente desde el exterior de la cimentación (2) hacia el interior de su espacio principal (6).
Una vez la cimentación (2) se encuentra completamente ensamblada y a flote (tras la inundación de forma controlada del dique seco (12) de trabajo, según lo descrito en las líneas anteriores), ésta puede ser transportada o remolcada por agua, de forma flotante o autoflotante (es decir, bien porque flota ayudado de algún elemento flotante auxiliar, o bien porque el propio aerogenerador (1) es capaz de flotar por sí solo), hasta una segunda zona en las proximidades de un muelle de trabajo (16) (Figura 5). En ese punto, y con el objetivo de ensamblar los elementos restantes del aerogenerador (1) (esto es, el fuste (1’’) y la turbina (1’)) sobre la cimentación (2), resulta necesario apoyar de nuevo dicha cimentación (2) sobre el fondo (5). Para ello, se introducirá material de lastre (7) (preferentemente, agua) en el espacio principal (6) de la cimentación (2), por ejemplo mediante el llenado de dicho espacio (6) con bombas hidráulicas o medios análogos, o mediante la apertura de los puntos (8, 8’) auxiliares de llenado, en caso de utilizarse. Durante esta etapa, se inundará progresivamente y de forma controlada el espacio principal (6) de la cimentación (2), hasta que ésta se apoya sobre el fondo (5), manteniendo la estabilidad y horizontalidad del conjunto. Alternativamente, se pueden aprovechar variaciones de marea para fondear la cimentación (2). Asimismo, y de forma esencial en el planteamiento de la presente invención, durante esta fase de fondeo en la segunda zona próxima al muelle de trabajo (16), el nivel superior del muro perimetral (4) permanece de nuevo por encima del nivel del agua (15), garantizándose así que, al completarse el fondeo en que la cimentación (2) se apoya sobre el fondo (5), el agua no rebosa superiormente desde el exterior de la cimentación (2) hacia el interior de su espacio principal (6). No obstante, en momentos posteriores a dicho fondeo, sí es posible que el agua rebase el muro perimetral (4) y se introduzca en el espacio principal (6) (por ejemplo, por variaciones de marea, o por cualquier otro motivo). Es importante aclarar que dicho llenado de agua posterior al fondeo de la cimentación (2) no supone riesgo alguno para la estabilidad de la misma, dado que en ese momento ya se encuentra apoyada sobre el fondo (5).
Tras la finalización del fondeo de la cimentación (2) en la segunda zona próxima al muelle de trabajo (16), se procederá a instalar los elementos restantes citados del aerogenerador (1), tal y como se muestra en la Figura 5. Ello comprenderá, por tanto, el montaje del fuste (1’’) de torre sobre la cimentación (2) (preferentemente, sobre su pedestal (2’)) y, posteriormente, la instalación de la turbina eólica (incluyendo sus palas) como paso final de esta fase. Preferentemente, la instalación de estos elementos se realiza con la ayuda de una grúa (13) y equipamiento auxiliar análogo. El procedimiento específico de montaje del fuste (1’’) y de la turbina (1’) no es, en sí mismo, una parte esencial de la presente invención, pudiéndose utilizar para ello cualesquiera procedimientos o herramientas conocidas en el estado de la técnica.
Posteriormente al montaje completo del aerogenerador (1) según lo descrito en el párrafo anterior, y mientras la cimentación (2) permanece aún apoyada en la citada posición de montaje sobre el fondo (5), se procederá a acoplar a la cimentación (2) un sistema flotante auxiliar (17), de tal modo que dicha cimentación (2) y dicho sistema flotante auxiliar (17) posean un movimiento solidario en al menos alteada, balanceo y cabeceo (en inglés, "heave”, "roll” y "pitch”), formando el conjunto de la cimentación (2) y el sistema flotante auxiliar (17) una unidad de transporte (18) (la Figura 6 del presente documento muestra una vista en perspectiva de dicha unidad de transporte (18)). Asimismo, el sistema flotante auxiliar (17) comprende, preferentemente, uno o más medios (19) de conexión vertical, que pueden conectar verticalmente dicha cimentación (2) y dicho sistema flotante auxiliar (17) y que permiten transmitir fuerzas verticales entre ambos. Preferentemente, los medios (19) de conexión vertical comprenden una pluralidad de cables que se tienden desde el sistema flotante (17) hasta la cimentación (2), cuando ésta se encuentra apoyada en el fondo (5). De igual modo, cualesquiera otros medios de conexión vertical conocidos pueden utilizarse también en el ámbito de la invención. Más preferentemente, los medios (19) de conexión vertical se conectan en puntos distribuidos de forma regular sobre la cimentación (2). Además de los medios (19) de conexión vertical, el sistema flotante (17) comprende también uno o más medios (20) de ascenso o descenso, que permiten variar de forma controlada la cota o posición vertical de la cimentación (2). Preferentemente, dichos medios (20) de ascenso/descenso comprenden grúas, gatos elevadores ("jacks”) hidráulicos, o dispositivos similares seleccionados de entre los conocidos en el estado de la técnica. Otras herramientas tales como elementos de flotación auxiliar (flotadores o sistemas afines) acoplables a la cimentación (2) pueden ser considerados también como medios (20) de acenso/descenso en el ámbito de la invención. Las Figuras 7a y 7b-7c muestran dos posibles realizaciones de un sistema flotante auxiliar (17) de tipo embarcación con forma de "U” (Figura 7a) o en forma de anillo (Figuras 7b-7c). No obstante, otro tipo de sistemas o embarcaciones autopropulsadas o no, así como otro tipo de formas específicas de las mismas, son igualmente posibles como sistemas flotantes auxiliares (17) en el ámbito de la invención, no siendo su realización específica, por tanto, un elemento esencial de la misma.
La fase de configuración solidaria del sistema flotante auxiliar (17) y de la cimentación (2) que da paso a la unidad de transporte (18) se realiza, preferentemente, de la siguiente forma: en primer lugar, se aplican los medios (19) de conexión vertical a la cimentación (2), estando ésta apoyada sobre el fondo (5). En segundo lugar, se aplica una fuerza vertical ascendente a la cimentación (2) por parte de los medios (20) de ascenso/descenso del sistema flotante auxiliar (17), manteniendo la estabilidad de dicha cimentación (2) mediante el control de la posición de la misma, a través de los medios (19) de conexión vertical. Dicha fuerza se aplica hasta que el nivel superior del muro perimetral (4) de la cimentación (2) se encuentre de nuevo por encima del nivel del agua (15), manteniéndose posteriormente hasta el fondeo definitivo del aerogenerador (1) en su lugar de operación.
Asimismo, y una vez el nivel superior del muro perimetral (4) de la cimentación (2) se encuentra por encima del nivel del agua (15), se reduce el lastre (7) del interior del espacio principal de la cimentación (2), por ejemplo mediante bombas hidráulicas, contribuyendo así con este vaciado a la flotabilidad del conjunto que forma la unidad de transporte (18) (preferentemente, la reducción de lastre (7) se realizará hasta vaciar completamente la cimentación (2), aunque sin limitación a otro tipo de escenarios en los que se realice un vaciado parcial). En este punto, se fija la posición relativa de la cimentación (2) y del sistema flotante auxiliar (17) a través de los medios (19) de conexión vertical, de forma solidaria en al menos alteada, balanceo y cabeceo, manteniendo la unidad de transporte (18) a flote.
Tras completar la configuración solidaria de la unidad de transporte (18) según lo descrito en el párrafo anterior, se remolcará o transportará dicha unidad (18) por agua, de forma flotante o autoflotante, hasta situarse sobre su punto de instalación definitivo (21) en el fondo (5) marino/acuático (esta situación se ilustra en la Figura 8a del presente documento). El transporte se puede realizar tanto por medios autopropulsados (por ejemplo, estando dichos medios incluidos en el sistema flotante auxiliar (17)), como mediante remolcadores. Una vez alcanzado el punto de instalación definitivo (21), se procederá desacoplar de nuevo de forma solidaria la cimentación (2) y el sistema flotante auxiliar (17) en la unidad de transporte (18) y a realizar el fondeo final de la cimentación (2) en el fondo (5) marino/acuático.
Para la realización de la citada operación de fondeo, se llevan a cabo los siguientes pasos, en cualquier orden o simultáneamente: en un primer paso, ilustrado por la Figura 8b, se llena de material de lastre (7) el espacio principal (6) de la cimentación (2), utilizando para ello bombas o controlando la apertura de los puntos (8, 8’) de admisión de agua, inundando la cimentación (2) por su región sumergida. Con ello se consigue que el llenado de dicha cimentación (2) se produzca de forma estable para el conjunto del aerogenerador (1). Asimismo, en un segundo paso, se actúa sobre los medios (20) de ascenso/descenso del sistema flotante auxiliar (17), para reducir controladamente la altura o cota de la cimentación (2) (Figura 8c), hasta que ésta queda apoyada sobre el fondo (5) marino/acuático, manteniendo en todo momento un francobordo positivo de dicho sistema flotante auxiliar (17) (Figura 8d). En este punto, el conjunto del aerogenerador (1) se encontrará apoyado sobre el fondo (5), en su punto de instalación (21) definitivo.
En la etapa final del procedimiento de instalación del aerogenerador (1), en una realización preferente de la invención, se desacopla definitivamente el sistema auxiliar flotante (17) de la cimentación (2), siguiendo para ello uno o más de los siguientes pasos: en un primer paso, se actúa sobre los medios (20) de ascenso/descenso del sistema flotante auxiliar (17), para reducir y/o anular las fuerzas verticales soportadas por los medios de conexión vertical (19). En un segundo paso, se desconectan dichos medios de conexión vertical (19) de la cimentación (2). Y, en un tercer paso, se remolca el sistema flotante auxiliar (17) para su recuperación y/o reutilización en otras operaciones de instalación (por ejemplo, para instalar múltiples aerogeneradores (1) en un mismo parque eólico offshore).
Una vez apoyado el aerogenerador (1) sobre el fondo (5), antes o después del desacoplamiento definitivo del sistema flotante auxiliar (17), es posible realizar operaciones adicionales de lastrado del espacio principal (6) de la cimentación (2), según lo mostrado, a modo de ejemplo, en las Figuras 9a-9b del presente documento. En ellas se aprecia cómo dicho espacio principal (6) se llena de un material de lastre (7) de tipo granular (por ejemplo, arena o grava) ocupando la mayor parte del volumen delimitado por dicho espacio (6). Asimismo, para evitar que dicho lastre (7) abandone la cimentación (2) por causa de erosión, socavación o desplazamiento de la masa de agua circundante, puede cubrirse el material granular con una capa superficial de rocas, a modo de protección superior. En distintas realizaciones de la invención, también es posible llenar el fuste (1’’) de torre del aerogenerador con agua y/o con lastre sólido, al menos hasta la cota del nivel del agua (15).
Finalmente, la cimentación (2) o cualquier otra parte sumergida del aerogenerador (1) puede protegerse también con elementos anti-socavación tales como roca, arena, semillas, neumáticos u otros elementos de protección análogos.

Claims (17)

REIVINDICACIONES
1.- Procedimiento de instalación de un aerogenerador (1) mar adentro, del tipo que comprende una turbina (1’) eólica y un fuste (1’’) de torre, donde el aerogenerador (1) está equipado, asimismo, con una cimentación (2) que comprende:
una losa inferior (3) y un muro perimetral (4) dispuesto sobre dicha losa inferior (3), de forma que dicha cimentación (2) hace de base de apoyo del aerogenerador (1) sobre el fondo (5) marino, y donde el recinto interior delimitado por la losa inferior (3) y el muro perimetral (4) conforma un espacio principal (6) abierto superiormente, estando dicha cimentación (2) adaptada para la admisión de material de lastre (7) y donde, en ausencia de dicho material de lastre (7), el aerogenerador (1) o su cimentación (2) es flotante o autoflotante;
estando el procedimiento caracterizado por que comprende la realización de las siguientes etapas:
a) se construye en seco la cimentación (2);
b) se pone a flote dicha cimentación (2);
c) se transporta de forma flotante o autoflotante dicha cimentación (2), hasta las proximidades de un muelle de trabajo (16);
d1) se introduce material de lastre (7) en el espacio principal (6) de la cimentación (2),
d2) antes o después del paso d1), se aumenta el calado de la cimentación (2) hasta que ésta queda apoyada en un terreno de apoyo (11) sobre el fondo (5) marino, en una posición de montaje en las proximidades de dicho muelle de trabajo (16) donde, en el momento en que la cimentación (2) se apoya en dicho terreno (11), el nivel superior del muro perimetral (4) permanece por encima del nivel del agua (15), sin que el agua rebose superiormente desde el exterior de la cimentación (2) hacia el interior de su espacio principal (6);
e) se monta sobre la cimentación (2) al menos parte del fuste (1’’) de torre (8) y el aerogenerador (1’), empleando para ello una grúa dispuesta en el muelle de trabajo (16);
f) mientras la cimentación (2) permanece apoyada en la posición de montaje sobre el terreno de apoyo (11), se acopla la cimentación (2) a un sistema flotante auxiliar (17), de tal modo que dicha cimentación (2) y dicho sistema flotante auxiliar (17) pasan a ser solidarios en al menos alteada, balanceo y cabeceo, formando el conjunto de dicha cimentación (2) y dicho sistema flotante auxiliar (17) una unidad de transporte (18), donde sistema flotante auxiliar (12) comprende:
- medios de conexión vertical (19), adaptados para conectar verticalmente la cimentación (2) y el sistema flotante auxiliar (17) y que permiten transmitir fuerzas verticales entre ambos;
- medios de ascenso/descenso (20) adaptados para regular de forma controlada la cota o posición vertical de la cimentación (2);
g) se aplica, a través de los medios de ascenso/descenso (20), una fuerza vertical ascendente sobre dicha cimentación (1) y una fuerza vertical descendente sobre dicho sistema flotante auxiliar (12), de tal modo que al menos parte del peso de la cimentación (2) y/o el aerogenerador (1) queda suspendido de dicho sistema flotante auxiliar (12);
h) se reduce el material de lastre (7) del espacio principal (6) de la cimentación; i) se pone la unidad de transporte (18) a flote;
j) se transporta la unidad de transporte (18) de forma flotante o autoflotante, hasta situarse sobre un punto de instalación (21) definitivo en el fondo (5) marino; k) se apoya la cimentación (2) en el fondo marino, sobre el punto de instalación (21) definitivo, siguiendo para ello los siguientes pasos en cualquier orden o simultáneamente:
k1) se introduce material de lastre (7) en el espacio principal (6) de la cimentación (2);
k2) se actúa sobre los medios de ascenso/descenso (20) para reducir controladamente la altura o cota de la cimentación (2), hasta que ésta queda apoyada sobre el fondo (5) marino en el punto de instalación (21), manteniendo en todo momento un francobordo positivo del sistema flotante auxiliar; y donde el nivel del agua (15) rebasa el nivel superior del muro perimetral (4) con, al menos, la mitad del volumen del espacio principal (6) de la cimentación (2) ocupada por material de lastre (7) introducido durante el paso k1);
l) se desacopla el sistema flotante auxiliar (17) de la cimentación (2), siguiendo para ello uno o más de los siguientes pasos:
11) se actúa sobre los medios de ascenso/descenso (20) para reducir y/o anular las fuerzas verticales soportadas por los medios de conexión vertical (19);
12) se desconectan los medios de conexión vertical (19) de la cimentación (1);
m) se transporta el sistema flotante auxiliar (17) para su recuperación y/o reutilización.
2.- Procedimiento según la reivindicación anterior, donde se disponen uno o más de los siguientes elementos en la cimentación (2) del aerogenerador (1):
- un pedestal (2’) inferior para el apoyo del fuste (1’’) de torre;
- uno o más tabiques (10) de separación dispuestos en el interior del espacio principal (6) de la cimentación (2);
- una pluralidad de puntales (9) o jabalcones de apoyo del fuste (1’’) de torre, o conectados a un pedestal (2’) de la propia cimentación (2) y/o al muro perimetral y/o a tabiques (10) de separación dispuestos en el interior del espacio principal (6) de la cimentación (2).
3. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde:
- la losa inferior (3) y/o el muro perimetral (4) se disponen de forma que dicha losa inferior (3) y/o dicho muro perimetral (4) son estancos, o
- se dispone una pluralidad de puntos (8, 8’) auxiliares de admisión de material de lastre (7), opcionalmente equipados con válvulas de llenado, en la losa inferior (3) y/o el muro perimetral (4).
4.
Figure imgf000021_0001
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde, en el paso k1), se permite la entrada de material de lastre (7) al interior del espacio principal (6) de la cimentación (2), a través de uno o más puntos (8, 8’) auxiliares de admisión de dicho material de lastre (7), dispuestos en la losa inferior (3) y/o en el muro perimetral (4), hasta que el material de lastre (7) ocupa, al menos, la mitad del volumen del espacio principal (6) de la cimentación (2).
5.
Figure imgf000021_0002
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde, durante el paso k2), el sistema flotante auxiliar (17) soporta el peso de la cimentación
(2) con francobordo positivo, estando el espacio principal (6) de la cimentación (2) totalmente lleno de material de lastre (7).
6.
Figure imgf000021_0003
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde, en la unidad de transporte (18), el sistema flotante auxiliar (17) posee un francobordo superior al francobordo del muro perimetral (4) de la cimentación (2).
7.
Figure imgf000021_0004
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende, posteriormente a la etapa i), una o más de las siguientes etapas:
n) se rellena al menos parte del espacio principal (6) de la cimentación (2) con material de lastre (7) sólido, dispuesto a través de la abertura superior de dicha cimentación (2);
o) se protege cualquiera de los elementos el aerogenerador (1) con uno o más medios anti-socavación.
8.
Figure imgf000022_0001
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende:
- antes de la etapa c), la etapa:
p) se ensambla la cimentación (2) en una zona de dique seco (12), donde dicha zona de dique seco (12) posee una compuerta (14) de admisión de agua configurada para regular el grado de inundación del dique seco (12) y, durante la etapa b), se abre dicha compuerta (14) para inundar la zona de dique seco (12) manteniendo el nivel superior del muro perimetral (4) de la cimentación por encima del nivel del agua (15), de forma que el agua no rebosa superiormente desde el exterior de la cimentación (2) hacia el interior de su espacio principal (6); y/o
- después de la etapa e) y antes de la etapa j), la etapa:
q) se realiza una o más operaciones de puesta en marcha y/o control de funcionamiento del aerogenerador (1).
9.
Figure imgf000022_0002
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde, en la etapa d) y/o el paso k1), el llenado con material de lastre (7) del espacio principal (6) de la cimentación (2) se realiza con agua y/o por gravedad.
10.
Figure imgf000022_0003
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la cimentación (2) comprende uno o más salientes laterales y un sistema de pretensado adaptado para aplicar una fuerza de pretensado para apretar el sistema flotante auxiliar (17) contra dichos salientes laterales de la cimentación (2).
11.
Figure imgf000022_0004
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de ascenso/descenso (20) comprenden:
- al menos tres gatos o grúas de elevación dispuestos en el sistema flotante auxiliar (17), que comprenden cables de suspensión cuyo extremo inferior se conectan a la cimentación (2);
y donde en el paso k2) se desciende la cimentación (2) regulando la longitud de dichos cables de suspensión, de tal modo que la cota relativa entre la cimentación (2) y el sistema flotante auxiliar (17) varía conforme la cimentación (2) desciende progresivamente hasta alcanzar el fondo (5);
- medios flotantes regulables, adaptados para modificar el grado de hundimiento de la cimentación (2) y/o de la unidad de transporte (18).
12.
Figure imgf000023_0001
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde, durante el paso k2), el sistema flotante auxiliar (17) permanece, sustancialmente, en la misma posición respecto al nivel del agua (15).
13.
Figure imgf000023_0002
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el punto de instalación (21) definitivo en el fondo (5) marino posee una profundidad inferior a 15 m.
14.
Figure imgf000023_0003
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de ascenso/descenso (20) comprenden:
- una conexión fija entre el sistema flotante auxiliar (17) y la cimentación (2) que no permite que la cota relativa entre ambos elementos varíe;
- un sistema de lastre en el sistema flotante auxiliar (17) que permite regular
el lastre (7) en su casco;
y donde, en el paso k2), se desciende la cimentación (2) regulando el lastre (7) en el sistema flotante auxiliar (17) para aumentar el calado del conjunto, de tal modo que el sistema flotante (17) y la cimentación (2) descienden conjuntamente sin variar su cota relativa hasta que la cimentación (2) apoya en el fondo (5);
y donde el sistema flotante auxiliar (12) tiene una altura suficiente para poder sumergirse junto con la cimentación (2), manteniendo en todo momento un francobordo positivo.
15.
Figure imgf000023_0004
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el sistema flotante auxiliar (17) posee una estructura de anillo, que rodea por completo la cimentación (2), y que es articulado para poderse abrir y cerrar para acoplarlo y desacoplarlo de dicha cimentación (2).
16.
Figure imgf000023_0005
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el sistema flotante auxiliar (17) posee un área de flotación y un francobordo tales que, durante el paso k2), el sistema flotante auxiliar (17) puede soportar el peso del aerogenerador (1) y la cimentación (2) parcialmente sumergida y con el espacio principal (6) totalmente lleno de lastre, manteniendo un francobordo positivo.
17.- Aerogenerador (1) instalado mediante un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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