ES2301443B1 - Sistema de medicion de recursos eolicos en el mar, productor de energia y metodo de instalacion. - Google Patents
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Abstract
Sistema de medición de recursos eólicos en el
mar, productor de energía y método de instalación.
El sistema de medición de recursos eólicos en el
mar, de la presente invención está basado en una estructura flotante
tipo boya "spar" fijada por un dispositivo de fondeo para
mantener su posición y estando provista de instrumentación que
registra el movimiento de la estructura para corregir las mediciones
de viento, de forma que la estructura (1) flotante, instalada en
aguas profundas, incorpora: al menos, un dispositivo LIDAR
(Light-Imaging Detection And Ranging) para la
medida del viento, y/o; al menos, una estación meteorológica, un
dispositivo (5) de aprovechamiento energético de las olas, y/o; un
dispositivo (12) de aprovechamiento energético de las corrientes;
siendo utilizada la energía generada para abastecer a los
diferentes sistemas de control, instrumentación, registro y
transmisión de datos.
Description
Sistema de medición de recursos eólicos en el
mar, productor de energía y método de instalación.
La siguiente invención, según se expresa en el
enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un
sistema de medición de recursos eólicos en el mar, productor de
energía y método de instalación, estando basado en una estructura
flotante para instalar en aguas profundas y provista de
instrumentación que registra el movimiento de la estructura, en sus
distintas componentes, para corregir las mediciones de viento
realizadas a nivel de montaje de una turbina eólica marina, esto
es, a, al menos, una altura de 50 m.
Asimismo, otro objeto de la invención es la
producción de energía por el aprovechamiento energético de las olas
y de las corrientes marinas.
Igualmente, el sistema puede incorporar unas
placas fotovoltáicas con objeto de generar energía eléctrica para
el consumo propio del sistema, y, asimismo, el sistema puede
incorporar, en proximidad a la estructura flotante, una
piscifactoría.
Otro objeto de la invención es la presentación
de un método de instalación del sistema que facilita el
mantenimiento del mismo.
En la presente memoria se describe un sistema de
medición de recursos eólicos en el mar, productor de energía y un
método de instalación, siendo de especial aplicación para su
instalación en aguas profundas realizando las mediciones de viento
a nivel de montaje de una turbina eólica marina, esto es, a, al
menos, una altura de 50 m.
Con objeto de medir el viento sobre el mar son
conocidos diferentes sistemas basados, todos ellos, en mediciones
en aguas poco profundas, pero ninguno en aguas profundas y a una
altura equivalente al montaje de una turbina eólica, esto es, a, al
menos, 50 metros.
Así, la solución usual es poner un mástil sobre
un mono-pilote clavado en el fondo marino, de forma
que este sistema conlleva un impacto en la fauna marina muy alto,
debido al ruido en la fase de construcción.
Además existen anemómetros sobre boyas y barcos
flotantes, pero siempre con una altura máxima de 10 metros, y
situados sobre estructuras que distorsionan las medidas de viento,
como puede ser un barco o una plataforma petrolífera.
Asimismo, son conocidos otros sistemas como el
LIDAR (Light-Imaging Detection And Ranging) o el
SODAR (Sonic Detection And Ranging) para medición de viento, de
forma que el sistema LIDAR necesita una provisión de agua pura para
limpiar la lente, que es difícil de proporcionar en el mar y el
sistema SODAR necesita mantenimiento y electricidad y tiene
problemas con el movimiento y con la precisión de la medida.
Igualmente, podemos hacer referencia a las
denominadas boyas "spar" de pequeña altura que son utilizadas
para medir los parámetros del mar, incluyendo las características
del viento, pero debido a la variabilidad del viento entre la
superficie y la altura adecuada (estimable en más de 50 metros), y
por la estabilidad del aire, es poco aconsejable utilizar este
sistema para los parques eólicos.
El sistema de boyas de flotación "spar" se
refiere a sistemas flotantes que mantienen el centro de gravedad
por debajo del centro de flotación, consiguiendo así la estabilidad
deseada y suelen ser sistemas esbeltos.
Las partes básicas de una boya flotante
"spar" incluye:
1) Estructura superior.
2) Tanque de lastre superior ("hard
tank").
3) Sección intermedia (configuración cilíndrica
ciega o en celosía).
4) Tanque de lastre inferior ("soft
tank").
La estructura superior consta habitualmente de
una configuración multi-nivel de cubiertas para así
conseguir un área de trabajo suficiente, minimizando al mismo
tiempo las superficies en voladizo.
\newpage
El tanque de lastre superior es el encargado de
aportar la reserva de flotabilidad suficiente para soportar el peso
de los demás elementos, ya que ninguno de ellos tendría
flotabilidad positiva por sí mismo. El término "hard tank"
viene del hecho de que sus compartimentos están dimensionados para
soportar toda la presión hidrostática sin necesidad de inundar los
mismos. Habitualmente está dividido en 5 ó 6 niveles de
compartimentos estancos separados por cubiertas y cada uno de estos
se subdivide a su vez en otros 4 mediante mamparos radiales. El
tanque situado a la altura de la flotación dispone usualmente de
doble casco o mamparos dobles ("cofferdams") para minimizar el
volumen de llenado de agua en caso de colisión con otro buque. En
cualquier caso lo usual es que sólo el nivel más bajo de tanques
esté inundado con una cantidad variable de lastre dependiendo de la
condición de carga de la plataforma, quedando el resto vacíos.
La sección intermedia se extiende a partir de la
base inferior del "hard tank" para dotar del calado de diseño
a la estructura.
En las "spar" clásicas éste no era sino una
extensión de la chapa que constituye el forro exterior del tanque
superior sin apenas ninguna estructura interna.
Los escantillones de este cuerpo central se
dimensionan a partir de los momentos flectores a resistir durante
la fase de adrizamiento tras el remolque hasta el punto de
emplazamiento final. En una posterior evolución se reemplazó este
cuerpo central por una estructura en celosía menos pesada y de
construcción más simple y barata.
Existen otros conceptos de sistemas flotantes,
distintos al "spar", como pueden ser, por ejemplo, el TLP
("Tension Leg Platform") y el semisumergible.
El sistema TLP está verticalmente sujeto,
mediante ataduras tensionadas al suelo marino, de esta forma evita
el movimiento ascensional (heave) y las rotaciones de los ejes
contenidos en el plano de la superficie marina ("pitch and
roll").
El sistema semisumergible es una estructura
flotante con una gran cubierta, de la que salen varias columnas que
conectan bajo el agua con elementos flotantes horizontales
(llamados pontones).
La instrumentación depende de la precisión que
se quiera y del coste que se esté dispuesto a asumir. La solución
del giróscopo es cara, y el elemento es pesado y grande.
Igualmente, existen acelerómetros lineales,
acelerómetros angulares, inclinómetros y GPS (Global Positioning
System).
El uso de más de un tipo de instrumentación,
permite la comprobación de mediciones, y, además, la ubicación de
la instrumentación en más de un sitio, por ejemplo la cima de la
boya "spar" y la cima del mástil, permite un conocimiento
mayor de las características del movimiento.
En la presente memoria se describe un sistema de
medición de recursos eólicos en el mar, productor de energía y un
método de instalación, estando basado en una estructura flotante
tipo boya "spar" fijada por un dispositivo de fondeo para
mantener su posición y estando provista de instrumentación que
registra el movimiento de la estructura para corregir las
mediciones de viento, de forma que la estructura flotante,
instalada en aguas profundas,
incorpora:
incorpora:
- \bullet
- al menos, un dispositivo LIDAR (Light-Imaging Detection And Ranging) para la medida del viento, y/o;
- \bullet
- al menos, una estación meteorológica.
Asimismo, la estructura flotante puede
incorporar un mástil de, al menos 50 metros, altura mínima
equivalente al posicionamiento de una turbina eólica marina,
permitiendo obtener medidas de viento de una gran fiabilidad para
valorar la posterior instalación de un parque eólico marino.
Además, la estructura flotante puede incorporar
unas placas fotovoltáicas generando energía eléctrica a los
sistemas de control, instrumentación, registro y transmisión de
datos, es decir, para autoconsumo.
Igualmente, el sistema puede incorporar una
piscifactoría junto al propio dispositivo de aprovechamiento de
energía de las olas, permitiendo dar un valor añadido a la
instalación, tanto económico como ecológico.
El sistema se construye total o parcialmente en
puerto, posteriormente es arrastrado en flotación hasta el
emplazamiento elegido y finalmente se sujeta al fondo marino con
dispositivos de fondeo, de manera que, dicho método de instalación,
permite realizar labores de reparación, en el caso de avería grave,
para lo cual se sueltan los dispositivos de fondeo, se arrastra en
flotación el sistema hasta puerto, se realizan las labores de
reparación y finalmente se vuelve a llevar hasta el emplazamiento y
se vuelve a sujetar con los dispositivos de fondeo.
Además, en una variante de ejecución practica de
la invención, el sistema que se describe permite, además, la
producción de energía para lo cual, la estructura flotante,
instalada en aguas profundas, incorpora:
- \bullet
- al menos, un dispositivo LIDAR (Light-Imaging Detection And Ranging) para la medida del viento, y/o;
- \bullet
- al menos, una estación meteorológica, y,
- \bullet
- un dispositivo de aprovechamiento energético de las olas, y/o;
- \bullet
- un dispositivo de aprovechamiento energético de las corrientes;
siendo utilizada la energía
generada para abastecer a los diferentes sistemas de control,
instrumentación, registro y transmisión de datos, es decir, para
autoconsumo.
Además, la estructura flotante puede incorporar
un mástil de, al menos 50 metros, altura mínima equivalente al
posicionamiento de una turbina eólica marina, permitiendo realizar
medidas de viento de una gran fiabilidad.
Por otra parte, el dispositivo de
aprovechamiento energético de las olas, integrado en la estructura
flotante, se define por unos generadores verticales, montados entre
dos plataformas, pudiendo tratarse de un generador eléctrico lineal
o unos compresores de aire, agua marina u otros fluidos.
Los generadores verticales montados entre las
dos plataformas, a nivel del agua, se definen por unos elementos
cilíndricos y su correspondiente flotador desplazable a lo largo de
él, por la acción de las olas, generando electricidad si se trata
de un generador eléctrico o comprimiendo aire, agua marina u otro
fluido si se trata de unos compresores.
La plataforma superior de montaje del mástil y
montaje de los generadores verticales entre ella la plataforma
inferior, queda a una altura tal del nivel del agua que las olas no
llegan a contactar con ella.
Asimismo, el dispositivo de aprovechamiento
energético de las corrientes se define por, al menos, un brazo, por
debajo del nivel del agua, que en su extremo libre presenta un
dispositivo giratorio.
En una ejecución preferente dispondrá de una
pareja de brazos en posición contrapuesta a la estructura
flotante.
La estructura flotante puede incorporar unas
placas fotovoltáicas generando energía eléctrica a los sistemas de
control, instrumentación, registro y transmisión de datos, es
decir, para autoconsumo.
Igualmente, el sistema puede incorporar una
piscifactoría junto a la estructura flotante tipo boya "spar",
permitiendo dar un valor añadido a la instalación, tanto económico
como ecológico.
El sistema se construye total o parcialmente en
puerto, posteriormente es arrastrado en flotación hasta el
emplazamiento elegido y finalmente se sujeta al fondo marino con
dispositivos de fondeo, de manera que el descrito método de
instalación permite labores de reparación, ya que, en el caso de
avería grave, se sueltan los dispositivos de fondeo, se arrastra en
flotación el sistema hasta puerto, se realizan las labores de
reparación y finalmente se vuelve a llevar hasta el emplazamiento y
se vuelve a sujetar con los dispositivos de fondeo.
Para complementar la descripción que
seguidamente se va a realizar, y con objeto de ayudar a una mejor
comprensión de las características de la invención, se acompaña a
la presente memoria descriptiva, de un juego de planos, en cuyas
figuras de forma ilustrativa y no limitativa, se representan los
detalles más característicos de la invención.
Figura 1. Muestra una vista en perspectiva del
conjunto de la estructura flotante basada en una boya tipo
"spar" y un mástil de gran altura.
Figura 2. Muestra una vista frontal de la
estructura flotante, de la figura anterior.
Figura 3. Muestra una vista en perspectiva de la
estructura flotante, con el dispositivo de aprovechamiento
energético de las olas integrado.
Figura 4. Muestra una vista frontal de la
estructura flotante, con el dispositivo de aprovechamiento
energético de las olas integrado, dispuesto a ras del nivel del
agua.
Figura 5. Muestra una vista en detalle de la
zona exterior del dispositivo de aprovechamiento energético de las
olas basado en unos generadores verticales.
Figura 6. Muestra una vista en perspectiva del
sistema flotante, con el dispositivo de aprovechamiento energético
de las corrientes basado en unos brazos dotados de unas hélices
giratorias.
Figura 7. Muestra una vista en perspectiva del
sistema flotante, con una piscifactoría colocada en su base.
Figura 8. Muestra una vista en perspectiva del
sistema flotante, con un sistema fotovoltáico integrado.
A la vista de las comentadas figuras y de
acuerdo con la numeración adoptada podemos observar como el sistema
de medición de recursos eólicos en el mar, está basado en una
estructura flotante tipo boya "spar" fijada por un dispositivo
de fondeo para mantener su posición controlada y estando provista
de instrumentación que registra el movimiento de la estructura para
corregir las mediciones de viento, de forma que la estructura 1
flotante, instalada en aguas profundas, se conforma por una boya 2
tipo "spar" y un mástil 3.
Así, la estructura 1 flotante, en una
realización preferente, será atracada por, al menos, un medio 4 de
fondeo, con objeto de mantenerla sin sufrir cambios significativos
en su posición.
De esta forma, con objeto de efectuar medidas de
viento, la estructura 1 flotante podrá incorporar, al menos, un
dispositivo LIDAR (Light-Imaging Detection And
Ranging) para la medida del viento, y/o, al menos, una estación
meteorológica.
Asimismo, la estructura 1 flotante incorpora un
mástil 3 de, al menos 50 metros, altura mínima equivalente al
posicionamiento de una turbina eólica marina, permitiendo que las
medidas obtenidas sean de una gran fiabilidad.
Por otra parte, la estructura 1 flotante puede
incorporar unas placas fotovoltáicas 15 generando energía eléctrica
a los sistemas de control, instrumentación, registro y transmisión
de datos, es decir, siendo utilizada para autoconsumo.
Asimismo, el sistema incorpora una piscifactoría
16 junto al propio dispositivo de aprovechamiento de energía de las
olas, permitiendo dar un valor añadido a la instalación, tanto
económico como ecológico.
En una variante de ejecución practica, además de
medida de viento se puede obtener energía eléctrica para lo cual,
la estructura flotante tipo boya "spar" instalada en aguas
profundas y fijada por un dispositivo de fondeo para mantener su
posición, provista de instrumentación que registra el movimiento de
la estructura para corregir las mediciones de viento, puede
incorporar:
- \bullet
- al menos, un dispositivo LIDAR (Light-Imaging Detection And Ranging) para la medida del viento, y/o;
- \bullet
- al menos, una estación meteorológica, y,
- \bullet
- un dispositivo de aprovechamiento energético de las olas, y/o;
- \bullet
- un dispositivo de aprovechamiento energético de las corrientes
de manera que se genera una energía
eléctrica para autoconsumo del
sistema.
Asimismo, la estructura flotante 1 puede
incorporar un mástil 3 que tendrá una altura de, al menos, 50
metros, altura equivalente al posicionamiento de una turbina eólica
marina, con objeto de poder obtener mediciones del viento con la
suficiente seguridad que permita acometer la instalación de un
parque eólico marino.
El citado mástil 3 dispondrá de la
instrumentación precisa para registrar el movimiento de la
estructura 1 y realizar las correcciones precisas en las mediciones
de viento.
Asimismo, la propia estructura de la boya
"spar" integra un dispositivo 5 de aprovechamiento energético
de las olas y/o un dispositivo 12 de aprovechamiento de las
corrientes, de forma que el dispositivo 5 de aprovechamiento
energético de las olas esta integrado en la estructura 1 flotante,
el mismo se define por unos generadores verticales, montados entre
dos plataformas 9 y 10, pudiendo tratarse de un generador eléctrico
lineal o unos compresores de aire.
Los generadores verticales montados entre las
dos plataformas 9 y 10 quedan dispuestos a nivel 11 del agua y se
definen por unos elementos cilíndricos 7 y su correspondiente
flotador 8 desplazable a lo largo de él por la acción de las olas,
de manera que genera electricidad si se trata de un generador
eléctrico o comprime aire si se trata de unos compresores de aire,
o comprime agua marina, o comprime un fluido determinado.
La plataforma 9 superior de montaje de los
generadores verticales queda a una altura tal del nivel 11 del agua
que las olas no llegan a contactar con ella, con objeto de evitar
la gran carga que tendrían que soportar en tal caso. Así, la
distancia entre las plataformas inferior y superior vendrá
determinada en función de las condiciones oceanográficas propias de
cada emplazamiento.
Por otra parte, el dispositivo 12 de
aprovechamiento energético de las corrientes se define por, al
menos, un brazo 13, por debajo del nivel de agua, que en su extremo
libre presenta un dispositivo 14 giratorio.
Además, la estructura 1 flotante puede
incorporar unas placas fotovoltáicas 15 generando energía eléctrica
para autoconsumo.
Asimismo, el sistema puede incorporar, junto al
sistema flotante, una piscifactoría 16 lo que permite dar un valor
añadido a la instalación tanto económico como ecológico.
Como realización preferente también se describe
un método de instalación, el cual, se basa en la construcción del
sistema completo en puerto, el posterior arrastre en flotación del
conjunto hasta el emplazamiento elegido y la final sujeción al
fondo marino, mediante cadenas u otros dispositivos de fondeo.
Mediante este método de instalación se facilita
el mantenimiento y el mismo se basa en la idea de que, en caso de
avería grave, se sueltan los dispositivos de fondeo, se arrastra el
sistema a puerto y se realizan las labores de reparación,
posteriormente se lleva nuevamente al emplazamiento y se vuelve a
sujetar con el sistema de fondeo.
Claims (16)
1. Sistema de medición de recursos eólicos en el
mar, estando basado en una estructura flotante tipo boya
"spar" fijada por un dispositivo de fondeo para mantener su
posición y estando provista de instrumentación que registra el
movimiento de la estructura para corregir las mediciones de viento,
caracterizado porque la estructura (1) flotante, instalada
en aguas profundas, incorpora:
- \bullet
- al menos, un dispositivo LIDAR (Light-Imaging Detection And Ranging) para la medida del viento, y/o;
- \bullet
- al menos, una estación meteorológica.
2. Sistema de medición de recursos eólicos en el
mar, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la
estructura (1) flotante incorpora un mástil (3) de, al menos 50
metros, altura mínima equivalente al posicionamiento de una turbina
eólica marina.
3. Sistema de medición de recursos eólicos en el
MAR, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la
estructura (1) flotante incorpora unas placas fotovoltáicas (15)
generando energía eléctrica a los sistemas de control,
instrumentación, registro y transmisión de datos.
4. Sistema de medición de recursos eólicos en el
MAR, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el
sistema incorpora una piscifactoría (16) junto a la estructura
flotante tipo boya "spar".
5. Método de instalación de un sistema de
medición de recursos eólicos en el mar, según reivindicaciones 1ª a
4ª, caracterizado porque el sistema es arrastrado en
flotación, desde el punto de fabricación hasta el emplazamiento
elegido y finalmente se sujeta al fondo marino con dispositivos de
fondeo (4).
6. Método de instalación de un sistema de
medición de recursos eólicos en el mar, según reivindicación 5ª,
caracterizado porque en el caso de avería grave, se sueltan
los dispositivos de fondeo (4), se arrastra en flotación el sistema
hasta puerto, se realizan las labores de reparación y finalmente se
vuelve a llevar hasta el emplazamiento y se vuelve a sujetar con
los dispositivos de fondeo (4).
7. Sistema de medición de recursos eólicos en el
mar y productor de energía, según reivindicación 1ª,
caracterizado porque la estructura (1) flotante, instalada en
aguas profundas, incorpora:
- \bullet
- al menos, un dispositivo LIDAR (Light-Imaging Detection And Ranging) para la medida del viento, y/o;
- \bullet
- al menos, una estación meteorológica, y,
- \bullet
- un dispositivo (5) de aprovechamiento energético de las olas, y/o;
- \bullet
- un dispositivo (12) de aprovechamiento energético de las corrientes;
siendo utilizada la energía
generada para abastecer a los diferentes sistemas de control,
instrumentación, registro y transmisión de
datos.
8. Sistema de medición de recursos eólicos en el
mar y productor de energía, según reivindicación 7ª,
caracterizado porque la estructura (1) flotante incorpora un
mástil (3) de, al menos 50 metros, altura mínima equivalente al
posicionamiento de una turbina eólica marina.
9. Sistema de medición de recursos eólicos en el
mar y productor de energía, según reivindicación 7ª,
caracterizado porque el dispositivo (5) de aprovechamiento
energético de las olas, integrado en la estructura (1) flotante, se
define por unos generadores verticales, montados entre dos
plataformas (9) y (10), pudiendo tratarse de un generador eléctrico
lineal o unos compresores de aire, agua marina, u otros
fluidos.
10. Sistema de medición de recursos eólicos en
el mar y productor de energía, según reivindicaciones 7ª,
caracterizado porque los generadores verticales montados
entre las dos plataformas (9) y (10), a nivel del agua, se definen
por unos elementos cilíndricos (7) y su correspondiente flotador
(8) desplazable a lo largo de él, por la acción de las olas, genera
electricidad si se trata de un generador eléctrico o comprime aire
o agua marina u otro fluido si se trata de unos compresores.
11. Sistema de medición de recursos eólicos en
el mar y productor de energía, según reivindicación 9ª,
caracterizado porque la plataforma (9) superior de montaje de
los generadores verticales queda a una altura tal del nivel (11)
del agua que las olas no llegan a contactar con él.
12. Sistema de medición de recursos eólicos en
el mar y productor de energía, según reivindicación 7ª,
caracterizado porque el dispositivo (12) de aprovechamiento
energético de las corrientes se define por, al menos, un brazo (13),
por debajo del nivel (11) del agua, que en su extremo libre
presenta un dispositivo (14) giratorio.
13. Sistema de medición de recursos eólicos en
el mar y productor de energía, según reivindicación 7ª,
caracterizado porque la estructura (1) flotante incorpora
unas placas fotovoltáicas (15) generando energía eléctrica a los
sistemas de control, instrumentación, registro y transmisión de
datos.
14. Sistema de medición de recursos eólicos en
el mar y productor de energía, según reivindicación 7ª,
caracterizado porque el sistema incorpora una piscifactoría
(16) junto a la estructura flotante tipo boya "spar".
15. Método de instalación del sistema de
medición de recursos eólicos en el mar y productor de energía, de
acuerdo con las reivindicaciones 7ª a 14ª, caracterizado
porque el sistema es arrastrado en flotación, desde el punto de
fabricación hasta el emplazamiento elegido y finalmente se sujeta
al fondo marino con dispositivos de fondeo (4).
16. Método de reparación del sistema de medición
de recursos eólicos en el mar y productor de energía, según
reivindicación 15ª, caracterizado porque en el caso de avería
grave, se sueltan los dispositivos de fondeo, se arrastra en
flotación el sistema hasta puerto, se realizan las labores de
reparación y finalmente se vuelve a llevar hasta el emplazamiento y
se vuelve a sujetar con los dispositivos de fondeo (4).
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| ES200703020A ES2301443B1 (es) | 2007-11-15 | 2007-11-15 | Sistema de medicion de recursos eolicos en el mar, productor de energia y metodo de instalacion. |
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| ES200703020A ES2301443B1 (es) | 2007-11-15 | 2007-11-15 | Sistema de medicion de recursos eolicos en el mar, productor de energia y metodo de instalacion. |
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