Plataforma semi-sumergible para soporte de aerogeneradores.

Sector de la técnica

La presente invención pertenece al sector de las estructuras flotantes para servir como soporte a aerogeneradores marinos. Pertenece por tanto a los campos de construcción marítima y naval.

Estado de la técnica

Dentro del campo de la eólica offshore pueden distinguirse las estructuras fijas y las estructuras flotantes. Dentro de las primeras se encuentran aquellos aerogeneradores que emplean cimentaciones profundas metálicas (monopilotes) o semi-profundas (jackets y trípodes) o bien estructuras de gravedad. Por su parte, las estructuras flotantes pueden ser de diversas tipologías que, de manera general, pueden dividirse en los siguientes subtipos básicos:

1 ) Plataforma semi-sumergible

2) Plataforma tipo SPAR (Single Point Anchor Reservoir)

3) Plataforma tipo TLP (Tension Leg Plaform)

4) Plataforma tipo SWAY (híbrido entre una SPAR y una TLP)

En sus orígenes y tradicionalmente, el campo de la eólica offshore ha partido de la técnica desarrollada en plataformas marinas para extracción de gas o petróleo. Con el paso del tiempo, la industria de la eólica marina ha ¡do desarrollando sus requisitos y tipologías propias, adaptándose a las particularidades de esta fuente de energía renovable.

La creciente necesidad de diversificación de las fuentes de energía y el elevado potencial que la eólica marina tiene en áreas en mar abierto, ha conllevado en los últimos años a un importante desarrollo de las soluciones fijas, localizadas en profundidades medias o reducidas. Los recientes avances en los medios de fabricación y marítimos han permitido aumentar algo más el rango de las profundidades en los que estas soluciones fijas son viables, alcanzado en la actualidad incluso zonas del entorno de 60 m de profundidad. Sin embargo, más allá de estas profundidades hay que recurrir a soluciones flotantes ancladas al fondo marino, bien mediante líneas tensionadas o bien con forma de catenaria, que mantienen las plataformas en posición mediante el peso propio de las cadenas que lo conforman, así como a la resistencia que aporta los tramos en horizontal de las mismas apoyadas en el fondo, así como a las propias anclas.

Dentro de las soluciones flotantes, el número de soluciones que emplean la tipología de plataforma semi-sumergible se han incrementado notablemente los últimos años. Dentro de este subtipo se puede hacer una distinción entre las plataformas metálicas y las de hormigón. En la actualidad, aún existe un número muy reducido de plataformas semi- sumergibles para eólica offshore en operación siendo, en casi todos los casos, estructuras metálicas; mientras que las soluciones de plataformas flotantes de hormigón se encuentran aún en desarrollos teóricos o conceptuales. Aunque presenten algunas ventajas relevantes, las plataformas semi-sumergibles de hormigón tienen también problemas técnicos significativos que pueden llegar a hacerlos inviables desde el punto de vista práctico. Desde el punto de vista constructivo, las plataformas de hormigón tienen un peso mucho mayor que las metálicas, lo cual, aunque pueda suponer una ventaja durante la fase de servicio, impone ciertos condicionantes a los procesos constructivos cuando la fabricación de estas estructuras tiene lugar en tierra. En esos casos, el movimiento de las plataformas entre las distintas posiciones de fabricación, o bien la propia maniobra de puesta a flote en el mar (maniobra de botadura) son muy complejas y requieren de medios especiales. Estos condicionantes pueden llegar a ser tan limitantes que imposibilitan, desde un punto de vista práctico, la fabricación de estas plataformas o, cuando menos, hacerlas poco competitivas frente a las metálicas.

Otro problema relevante, en este caso desde el punto de vista estructural, de este tipo de plataformas de hormigón se concreta en el nudo de conexión entre la torre del aerogenerador (metálica) y la propia plataforma de hormigón, que es la que hace la función de flotador. Las cargas de operación de la turbina se traducen en enormes esfuerzos al nivel de dicho nudo de conexión. Estas tensiones se incrementan aún más debido a los efectos dinámicos del sistema pues, la plataforma, al no encontrarse rígidamente unida al fondo marino, presenta continuos movimientos de mayor o menor amplitud y aceleración, en función de las condiciones climatológicas y del funcionamiento de la propia turbina en cada momento. Estos movimientos son continuos a lo largo de toda la vida útil de la estructura, lo que provoca que, junto a los clásicos modos de fallo asociados a estados límites últimos y estados límites de servicio y operativos, adquieran especial relevancia los modos de fallo asociados al estado límite de fatiga. Es más, se ha podido comprobar que en muchos casos son estas comprobaciones de los estados límites de fatiga las que gobiernan el diseño de los nudos de conexión entre la torre y la plataforma, debido a la alta demanda tensional que sufre de manera continuada el hormigón en esa zona. Este hecho puede provocar, a medio y largo plazo, que los esfuerzos de tracción en el hormigón deriven progresivamente en la aparición de fisuras que comprometan el funcionamiento estructural y su durabilidad.

La anterior problemática se ve aún más agravada por el hecho de que, en la actualidad, los tamaños (y por tanto las cargas) de las turbinas son cada vez mayores. Esta tendencia es lógica y previsiblemente se mantendrá al menos los próximos años, pues es la principal medida en cuanto a economía de escala que puede adoptar el sector para reducir progresivamente el coste de la energía eléctrica producida.

En esa situación, las plataformas actuales deben diseñarse para turbinas en el entorno de las 12-15 MW, situación mucho más exigente desde el punto de vista estructural que para las que originalmente se diseñaron la inmensa mayoría de las plataformas flotantes que actualmente existen a nivel conceptual. Pero, además, en la actualidad ya se están planteando proyectos con turbinas aún mayores, incrementando las cargas de manera potencial. En esta situación, los dos problemas mencionados anteriormente (constructivo y estructural) se acentúan con esta tendencia de crecimiento de capacidad, tamaño y cargas de las turbinas. Así, para adecuar el comportamiento hidrodinámico de las plataformas existentes a estas nuevas cargas es necesario aumentar sus dimensiones, lo cual empeora las limitaciones constructivas. Mientras que el comportamiento estructural de los nudos de conexión requiere disponer de tipologías novedosas, pues la simple extrapolación de las soluciones existentes conlleva nuevas complicaciones de muy difícil o imposible ejecución.

Desde el punto de vista del diseño estructural, se trata de nudos que suelen estar conformados por núcleos o muros de hormigón fuertemente armados y que, además se encuentran atravesados por un conjunto de cables de pretensado e, incluso, de barras o pernos postensados conectados rígidamente al hormigón. Esta complejidad y densidad de sistemas de refuerzo del hormigón en volúmenes relativamente reducidos derivan en cuantías de armado enormes, difícilmente ejecutables. Todo ello repercute además en riesgos de incorrecta ejecución, dejando partes en las que la accesibilidad del hormigón recién vertido es prácticamente imposible, o bien sin posibilidad de realizar un adecuado vibrado que garantice que el nudo realmente queda ejecutado de acuerdo a lo que ha sido diseñado. Por lo general, para tratar de solucionar este problema, se suele recurrir a aumentar los espesores de las paredes, con objeto de poder dar cabida a esta multitud de elementos. Sin embargo, este planteamiento puede llegar a ser inviable, pues supone un incremento en el peso de la plataforma en su conjunto, penalizando gravemente la capacidad de flotación de la plataforma así como su comportamiento hidrodinámico.

Por otra parte, compatibilizar la geometría y la ejecución del nudo con el conjunto de la plataforma es también difícil. La conexión de la torre con la plataforma puede estar localizada en zonas que requieren grandes alcances de las grúas, lo cual complica aún más el proceso constructivo y los medios requeridos. Localizar el nudo en los bordes de la plataforma puede favorecer la accesibilidad de los medios durante la fase constructiva para simplificar el proceso de instalación de la torre pero, sin embargo, presenta como desventaja fundamental que la plataforma queda descompensada en cuanto a su distribución de pesos, pues al peso propio de la turbina y de la torre hay que sumar la del propio nudo de hormigón armado. Todo ello obliga a la necesidad de disponer un lastre adicional en el extremo opuesto de la plataforma que, a su vez, altera los calados en fase constructiva y en operación así como las condiciones de flotación en su conjunto.

La anterior problemática es nueva en el sector de la eólica marina, por las siguientes razones:

- La problemática no es de aplicación a las soluciones fijas metálicas (monopilotes o jackets), mientras que en las soluciones de gravedad la magnitud del problema es menor, pues no se producen los efectos dinámicos propios de las plataformas flotantes que incrementan significativamente los estados tensionales en los nudos.

- Tampoco se produce en las plataformas flotantes metálicas, ya que los modos de fallo por fatiga de las conexiones entre elementos metálicos pueden abordarse con otras estrategias de diseño con muchas menos implicaciones en los procesos de fabricación.

- Finalmente, se trata de una problemática reciente pues, hasta ahora, las cargas de las turbinas han sido mucho menores.

Al tratarse de una problemática muy reciente, existe poca información disponible al respecto, pues en la mayor parte de los casos aún se está en fase de evaluación del impacto que este incremento del tamaño de las turbinas implica en los diseños originales. Puede concluirse que la problemática descrita anteriormente puede llegar a comprometer la viabilidad constructiva de las plataformas flotantes semi-sumergibles de hormigón en un futuro y, en todo caso, su competitividad frente a las soluciones metálicas. Las plataformas flotantes metálicas (de acero) para la industria eólica offshore presentan, entre otros, el inconveniente de que requieren instalaciones especiales (factorías o astilleros de gran capacidad) e importantes superficies en tierra para su fabricación y ensamblaje. Por tanto, al ser fabricadas en tierra, son necesarias maniobras de montaje singulares, así como el empleo de medios de elevación singulares para la botadura de estas estructuras. En ocasiones para aliviar estos problemas se recurre a la fabricación en grandes diques secos. Sin embargo, instalaciones de este tipo con las dimensiones requeridas son realmente escasas, por lo que en la mayor parte de los casos no es una opción viable o, en todo caso, se aumentan los costes de transporte desde las factorías de fabricación hasta el parque offshore de manera muy significativa.

Además, el empleo de acero implica un encarecimiento de la solución, debido al mayor precio del acero respecto al del hormigón. Además, el precio del acero es muy fluctuante, con lo que grandes inversiones de este tipo pueden verse frenadas debido al riesgo intrínseco a este hecho. Las estructuras metálicas presentan unos plazos de fabricación largos, repercutiendo también en un aumento en los costes totales de la inversión y en la competitividad de estas soluciones. Elevados costes de mantenimiento al estar sometidas a ambiente marino, mucho mayores que en las soluciones de hormigón, debido a que el acero es un material susceptible a la corrosión. Todo ello puede afectar a la rentabilidad de los parques eólicos offshore.

Es importante destacar que el comportamiento hidrodinámico de las plataformas semisumergibles es totalmente dependiente del material constitutivo principal, al ser dependientes de su peso propio. Por tanto, no es posible la simple adaptación de los diseños propios de las plataformas metálicas para ser utilizados en plataformas de hormigón.

En las siguientes líneas se describen brevemente a modo de referencias algunas plataformas flotantes semisumergibles de hormigón para su empleo en el sector de la eólica marina.

En los documentos ES2387232 y ES2387342 se describen sendas plataformas semisumergibles para aplicaciones en mar abierto, consistentes en una columna central y una pluralidad de columnas exteriores (cuatro o más en el primer caso, y tres en el segundo), unidos siempre por una placa en la zona inferior de los mismos. Tanto las columnas como la placa son preferiblemente de hormigón armado. La placa inferior está reforzada por una pluralidad de vigas que conectan la base de cada columna exterior con la base de la columna interior y la base de cada columna exterior con la base de cada columna exterior adyacente. Además, cada columna dispone de una sección de refuerzo con mayor resistencia a una determinada altura intermedia, así como un conjunto de vigas que unen a dicha altura cada columna exterior con la columna interior y cada columna exterior con cada columna exterior adyacente. Esta plataforma semi-sumergible comprende además un sistema de fondeo formado por vahas líneas de fondeo configuradas para ser ancladas a dicha sección de mayor resistencia de cada columna exterior, situada a una altura intermedia de las mismas. De esta manera, dicha sección de mayor resistencia es imprescindible ya que se trata de la zona de la estructura más solicitada y donde más se concentran los esfuerzos.

El principal problema que presentan estas plataformas es que tienen un proceso constructivo de ejecución extremadamente complejo, especialmente de la sección de refuerzo intermedia en cada una de las columnas. Además, estas plataformas fueron concebidas para el caso de una turbina de 5 MW, en las que el peso del aerogenerador, torre y equipos alcanza unas 945 toneladas.

El documento W02020136288 describe una plataforma flotante para aerogeneradores de gran potencia, semi-sumergible, de planta cuadrada, compuesta por cinco cilindros verticales y una placa base, así como por una estructura metálica superior que conecta la coronación de los cilindros con la base de la torre del aerogenerador. Los cinco cilindros son de dos tipos: cuatro cilindros se sitúan en las esquinas (uno por cada una de ellas) mientras que el quinto se sitúa en el centro de la plataforma. Los cilindros de las esquinas sirven, principalmente para dar la capacidad de flotación necesaria al conjunto así como para recoger los esfuerzos transmitidos por la torre del aerogenerador, debido a lo cual es necesario que dispongan de un diámetro muy significativo. Por su parte, el cilindro central tiene un diámetro menor, pero, al presentar una rigidez sustancialmente menor que los cilindros exteriores, este cilindro central apenas recoge esfuerzos de la torre, por lo que su principal función consiste en albergar los equipos electromecánicos principales así como el enrutado de los cables por el interior de la plataforma y el equipo de lastre activo de la plataforma. La placa base conecta en su parte inferior todos los cilindros y conectada a ella se dispone un conjunto de vigas de sección hueca cuadrada que conectan los cilindros perimetrales entre sí, así como con la base del cilindro central. La placa base aporta en este caso escasa o nula capacidad de flotación. Por su parte, la pieza metálica está compuesta por un conjunto de elementos que deben ser conectados entre sí para que, una vez montada en su totalidad en la plataforma, conecte la parte superior de los cinco cilindros con la base de la torre del aerogenerador. Esta plataforma así configurada es totalmente simétrica, lo cual favorece el comportamiento en fase de servicio pero dificulta la instalación de la torre metálica debida a sus dimensiones que acaban cubriendo una gran superficie en planta.

En resumen, las plataformas flotantes semi-sumergibles existentes no aplican el sistema constructivo de los cajones portuarios ni son asimilables a los mismos, como por ejemplo sí lo son algunas soluciones de gravedad que se han desarrollado como cimentaciones de aerogeneradores offshore. Las soluciones de plataformas flotantes existentes, al estar concebidos bajo otra filosofía constructiva, no son ejecutables en dique flotante o, aunque lo puedan ser parcialmente, requieren procesos específicos diferentes que son muy relevantes y penalizan significativamente el ritmo de fabricación y su coste. Además, en vahos de ellos contienen una multitud de elementos, considerando una fabricación y ensamblado modular que va contra la filosofía de ejecución con poco número de técnicas constructivas y recursos limitados.

Por otro lado, la inmensa mayoría de las soluciones carecen de una placa base que es beneficiosa para disminuir la magnitud y los efectos del movimiento de la alteada de la plataforma. Salvo la solución descrita en W02020136288, ninguna otra cuenta con agujeros en la placa base con el objeto de optimizar el amortiguamiento frente al movimiento de alteada y el nudo de conexión de la torre con la estructura de hormigón que conforma el flotador se materializa en un único punto, dispuesto en el centro de la estructura. Al realizarse esta unión en un único punto, éste debe soportar esfuerzos muy grandes lo cual, a su vez, obliga a configurar un nudo con una elevadísima congestión de refuerzos del hormigón (armadura activa (barras o pernos más cables de postesado) y armadura pasiva). Este hecho conlleva complejidades de ejecución muy importantes que son muy difíciles de compatibilizar con la ejecución del resto de la estructura.

Ninguna de las soluciones descritas puede contener únicamente tres cilindros verticales como elementos estabilizadores de la plataforma. Los existentes con planta triangular disponen de un cuarto cilindro central, que sirve además para conectar la torre del aerogenerador.

Descripción de la invención Con el fin de resolver la problemática descrita en los párrafos precedentes y alcanzar los objetivos propuestos, la invención propone una plataforma que tiene las características de la reivindicación 1 .

Esta plataforma semi-sumergible comprende una estructura mixta, con dos partes:

Una primera estructura de tipo cajón de hormigón, que tiene la función de estabilidad hidrodinámica y flotación de la plataforma, y

Una segunda estructura, formada por una pieza de transición, que conforma un elemento de distribución de las cargas de servicio del aerogenerador hacia la estructura de tipo cajón de hormigón antes citada.

La primera estructura de tipo cajón de hormigón comprende:

Una placa base, de planta triangular o cuadrangular y forma paralelepipédica recta, conformada a partir de una solera inferior, de la que arrancan unas paredes verticales perimetrales y unas paredes interiores de compartimentación. Esta placa base está cerrada por una losa superior, conformando en su conjunto un cuerpo hueco y cerrado, íntegramente de hormigón armado; y

Unos cuerpos cilindricos y/o tronco-cónicos, de eje vertical, huecos, de hormigón armado, cuyas bases están embebidas en la placa base en zonas próximas a sus vértices, que superiormente se cierran por medio de unas tapas circulares.

La segunda estructura, que conforma la pieza de transición consiste en una pieza íntegramente de acero, que conecta la placa base con el extremo inferior de la torre) del aerogenerador en puntos de conexión situados cada uno de los lados de la placa base.

En una realización preferencial la configuración de la placa base de la primera estructura de tipo cajón de hormigón es de planta según un triángulo equilátero de bordes redondeados.

En una realización preferencial la placa base de la primera estructura de tipo cajón de hormigón presenta un hueco interior concéntrico y de igual configuración que la placa base, que sirve para aligeramiento de dicha placa base y que, además, tiene la función de optimizar el funcionamiento hidrodinámico de la plataforma en su conjunto, mejorando el amortiguamiento de la plataforma frente al movimiento de alteada.

Entre los inconvenientes y limitaciones que quedan superadas con esta invención, destacamos las siguientes: Se trata de la primera plataforma con sólo tres cilindros y que, sin embargo, guarda los tres planos de simetría, sin necesidad de un cuarto cilindro central de hormigón. Esto supone una reducción significativa en el peso y volúmenes de material en relación con otras soluciones de hormigón, al tiempo que baja considerablemente el centro de gravedad del conjunto, lo cual redunda muy favorablemente en la estabilidad naval de la plataforma.

Toda la estructura de hormigón es construidle bajo la misma filosofía de los cajones portuarios. De decir, además de poder ser fabricada en tierra, puede construirse íntegramente en un dique flotante y a flote. La ejecución de todo el alzado de la estructura de hormigón puede realizarse mediante deslizado o trepado, empleando hormigón convencional, a fin de asegurar la viabilidad técnico-económica del concepto en cualquier localización.

El postesado horizontal se localiza en su totalidad a nivel de la solera y de la losa de tape de la placa base. Salvo casos especiales con esfuerzos muy elevados, se evita la necesidad de localizar postesado horizontal en las paredes de la placa base, facilitando enormemente su ejecución.

El diseño permite que los elementos de hormigón pretensado estén permanentemente sumergidos y en una zona de la estructura alejada de las áreas expuesta a las cargas del oleaje. Todo el postensado se ejecuta en seco, por lo que puede ejecutarse con los procedimientos habituales de la técnica. Por tanto, puede considerarse que esta solución es perfectamente viable y durable desde el punto de vista estructural.

Se resuelven los nudos de conexión asegurando su fácil ejecución y se evita la aplicación de la lechada de conexión entre el hormigón del cajón y la pieza de transición, pues presenta unas coronas hexagonales que hacen la labor de encofrado perdido que queda unido al hormigón. En todas las soluciones existentes, la aplicación de dicha lechada (grout) es problemática, pues debe realizarse en condiciones muy limitantes en cuanto a espacio disponibles, siendo esta un elemento esencial en el funcionamiento estructural de las conexiones. Además, debido a las configuraciones de estos nudos en estas soluciones existentes, es muy difícil o imposible comprobar que la lechada ha llegado a llenar correctamente todo el espacio entre las piezas y el hormigón. Esta problemática es crítica y queda completamente resuelta con esta nueva invención. Al emplear formas planas en los nudos de conexión, se facilita la instalación de los pernos o barras de postesado en los mismos así como de las tuercas, pues las placas de reparto de las cabezas de los pernos quedan perfectamente apoyadas en los paramentos planos tanto de la pieza hexagonal metálica como de los muros de hormigón.

Se limita el calado necesario durante la fabricación en puerto a 10 metros, incluyendo la instalación de la torre y del aerogenerador en el propio puerto. Este requisito resulta indispensable para que estas plataformas sean construibles en la mayor parte de los puertos del mundo. Igualmente se reduce al máximo la necesidad de superficie en tierra para la fabricación de estas plataformas, pues es posible fabricarlas en dique flotante y completarlas a flote.

Se evita la necesidad de grandes medios de elevación o transporte, pues toda la plataforma es susceptible de ser fabricada en dique flotante y a flote.

La placa base (heave plate) está diseñada para optimizar los movimientos de alteada optimizando el amortiguamiento de la plataforma y, además, aporta flotación adicional al ser hueca compartimentada con celdas, igual que los cajones portuarios.

Los cuerpos cilindricos y/o tronco-cónicos definidos en la primera estructura de tipo cajón de hormigón permiten reducir al máximo las cargas de oleaje sobre la plataforma.

Al tener tres ejes de simetría, se simplifica al máximo el sistema de lastre activo necesario durante el servicio del aerogenerador, pues en reposo la plataforma está en equilibrio y no descompensada.

Como resultado, se consigue una plataforma con un desplazamiento sin lastre de unas 12.800 toneladas, menor que los rangos habituales de las plataformas semi-sumergibles de hormigón existentes anteriormente descritas, las cuales están concebidas para turbinas de hasta 10 MW. Reducir el desplazamiento (y por tanto el volumen requerido de materiales) para ser aplicados a turbinas mayores, supone un progreso muy relevante en el estado de la técnica. Hay que tener en cuenta el incremento significativo de las cargas de las turbinas de 15 MW respecto a las de 10 MW.

El diseño de esta plataforma supone un avance respecto a las propuestas anteriores, pues la viabilidad de la aplicación de éstas a turbinas de gran capacidad (15 MW e incluso mayores) no se resuelve mediante el simple escalado de las dimensiones de las plataformas sino que requieren de un diseño que resuelva la problemática que aquí se plantea.

También supone un avance en la superación de la barrera tecnológica que supone compatibilizar la resolución del comportamiento a fatiga de los nudos, los procesos constructivos y la producción a gran escala de estas plataformas para hacer frente a solicitaciones cada vez mayores, a la vez que se limita el calado necesario en el puerto de fabricación así como las superficies necesarias para su fabricación, tanto en tierra como en agua. Este aspecto es crítico habida cuenta de las limitaciones de las actuales infraestructuras portuarias a nivel internacional.

La plataforma puede ser fabricada de manera industrial, quedando optimizadas las distintas etapas constructivas en fases secuenciales en un mismo muelle de menos de 250 metros, que se conforma como una línea completa de producción, que permiten la producción de una plataforma completa (torre y aerogenerador incluido).

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

- La Fig. 1 muestra una vista general de un aerogenerador cuya torre (3) se soporta por la plataforma de la presente invención, que se encuentra semi-sumergida en el mar (4).

- La Fig. 2 representa una vista en perspectiva de la plataforma de la invención.

- La Fig. 3 es una vista igual que la anterior de la plataforma en construcción, a fin de apreciar su estructura interna.

- La Fig. 4 representa una vista en planta de dicha plataforma.

- La Fig. 5 representa una sección en alzado de uno de los nudos (14) en los que se fija la estructura de transición (2).

Exposición detallada de modos de realización

La invención consiste en una plataforma semi-sumergible offshore para soporte de aerogeneradores marinos de 15 MW, o más. La aplicabilidad a turbinas mayores se basaría simplemente en el escalado geométrico de sus dimensiones exteriores, pero no requeriría de nuevos elementos estructurales ni de diferentes procedimientos constructivos.

En una realización preferente la plataforma semi-sumergible de la invención tiene forma de triángulo equilátero en planta y todos sus elementos estructurales principales tienen tres ejes de simetría. La plataforma está conformada por una estructura mixta con dos partes: una primera estructura de tipo cajón de hormigón (1 ) que otorga la función de estabilidad hidrodinámica y flotación, y otra segunda estructura formada por una pieza de transición (2) como elemento que distribuye las cargas de servicio del aerogenerador hacia la estructura de hormigón anterior (1 ). En la configuración que se propone, ambos elementos forman parte de un único sistema con unas características y un comportamiento propio que no es posible de conseguir empleando ambos elementos por separado. Tampoco es conseguidle empleando alguno de dichos elementos parcialmente o adaptados para otras soluciones existentes.

Con la configuración propuesta se optimizan las propiedades de los materiales constitutivos de ambos elementos y las funciones que tienen dentro de la estructura. Todas las dimensiones que se exponen en adelante no tratan de ser exactas sino aproximadas. Pueden adoptarse dimensiones diferentes siempre que las proporciones entre ellas se mantengan de manera aproximada.

La estructura de hormigón armado de tipo cajón comprende los siguientes elementos:

- Un cajón de hormigón armado y postesado (1), que en su concepción y proceso de fabricación se trata de una estructura tipo cajón basado en la misma filosofía que la empleada en los cajones portuarios.

Dicho cajón (1) está compuesto por una placa base (heave plate) (11 ) hueca y cerrada y una losa superior (15). La placa base (11 ) tiene entre 4 y 6 m de altura, es de planta triangular, con vértices redondeados y forma paralelepipédica recta, conformado por una solera inferior (13), de entre 0,60 y 1 ,00 m de espesor, unas paredes verticales perimetrales, con espesores de entre 0,50 y 0,60 m. Por su parte la losa superior (15) tiene entre 0,40 y 0,60 m de espesor. El volumen interior de dicha placa se encuentra compartimentado por paredes de hormigón armado rectas, con espesores entre 0,25 m y 0,35 m. Esta placa base tiene forma de triángulo equilátero, en el que sus vértices son semicircunferencias coincidentes con los cuerpos cilindricos (12) que se localizan en dichos puntos. El triángulo tiene un hueco también triangular en su parte central a modo de aligeramiento de la placa base. Este hueco es fundamental para optimizar el funcionamiento hidrodinámico de la plataforma en su conjunto, pues mejora el amortiguamiento de la plataforma frente al movimiento de alteada (heave).

La solera inferior (13) de la placa base (11 ) se extiende por fuera del resto del cuerpo paralelepipédico triangular a modo de zapatas de alrededor de 0,50-1 ,00 m de anchura, quedando sus bordes paralelos a los del paralelepípedo triangular.

- Tres cuerpos (12), cilindricos y/o tronco-cónicos de eje vertical, huecos, de hormigón armado, cuyas paredes tienen un espesor de entre 0,35 m y 0,50 m. que tienen sus bases en la placa base (11) quedando embebidos en ellas. En su arranque, estos cuerpos son cilindricos hasta una determinada altura, que normalmente estará entre 2 y 6 m por encima de la coronación de la placa base (11 ). A partir de dicha altura, estos cuerpos tienen una forma tronco-cónica de transición, haciendo disminuir el diámetro de la sección recta de los mismos. A partir de una determinada altura, estos cuerpos vuelven a adoptar una forma cilindrica recta hasta su coronación. La altura total de estos cuerpos así definidos oscila entre los 25 m y los 32 m. En su coronación, estos cuerpos son cerrados superiormente por medio de unas tapas metálicas circulares que se anclan a los cilindros de hormigón.

El material constitutivo del cajón: placa base (11) y de los cuerpos (12) cilindricos y/o tronco- cónicos es el hormigón armado y pretensado y postesado. Los elementos de postesado se distribuyen y localizan en las siguientes zonas:

- Cables de postesado horizontal en la solera inferior (13) de la placa base (11 ).

- Cables de postesado horizontal en la losa superior (15) de la placa base (11 ).

Barras y cables de postesado (16, 17) en los tres nudos (21 ) de conexión de la pieza de transición (2) con el cajón de hormigón (1 ). Ver Fig. 5.

Por su parte la pieza de transición metálica (2) consiste en una pieza de acero, que conecta la placa base (11) con el extremo inferior de la torre del aerogenerador. La pieza de transición tiene tres nudos de conexión (21) con la placa base (11), distribuidos en un triángulo equilátero en planta, estando dichos nudos de conexión (21) en el centro de cada uno de los lados de la placa base. La pieza metálica de transición puede dividirse en cuatro partes:

- Nivel 1 : lo conforman unos “pies” de apoyo (3 unidades) que son las que materializan las conexiones estructurales con la placa base de hormigón. Cada uno de dichos pies consiste en una pieza cilindrica de eje vertical y alrededor de 4 m de diámetro, con un refuerzo con forma de corona hexagonal en su base. La corona hexagonal y el cilindro se conectan por medio de una placa horizontal que cubre el hueco y soldada a ambas. Los cilindros se levantan hasta una determinada altura (aproximadamente 6,40 m por encima de la corona inferior hexagonal).

- Nivel 2: se trata de una pieza formada por tres perfiles tubulares paralelos y verticales, con dos niveles de arriostramientos horizontales, formados por perfiles tubulares soldados a ellos.

- Nivel 3: constituido por una pieza que se apoya en la parte superior de cada uno de los tres perfiles tubulares anteriores. Esta pieza queda conformada por unos apoyos cilindricos (uno por cada perfil tubular de la pieza inferior anterior), que se unen entre ellos por medios de perfiles rectangulares huecos horizontales (sección de viga metálica tipo cajón). A los apoyos cilindricos de esta pieza se unen otros perfiles rectangulares huecos (vigas cajón) que terminan en otra estructura con forma en planta triangular de menor tamaño y achaflanado en sus vértices, que forma parte también de esta pieza y que se encuentra a una cota superior a la de sus apoyos.

- Nivel 4: que incluye una última pieza formada por tres patas rectas que también son perfiles metálicos cerrados huecos (sección recta tipo viga-cajón o tipo tubular), hasta conectar en la parte superior con otra estructura con forma en planta triangular y achaflanados en los vértices, conformada por un perfil metálico del tipo viga-cajón hueca. La parte superior de esta estructura dispone de una brida de conexión con la torre del aerogenerador.

En conjunto de estas piezas, así dispuestas y unidas entre sí mediante soldaduras o mediante uniones embridadas, conforma la pieza de transición (2) en su conjunto, la cual es íntegramente metálica, de acero. La conexión de la brida superior de la pieza con la base de la torre del aerogenerador es atornillada con el mismo tipo de unión empleada de manera usual en estos casos.

La pieza de transición (2) puede configurarse de manera diferente, con un número diferente de partes parciales. Igualmente, puede tener formas algo diferentes, del tipo trípode, jacket (con cimbra) o similar. En todo caso, se persigue que cada una de estas piezas individuales previamente ensambladas puedan instalarse en su posición dentro de la plataforma por medio de una grúa sobre orugas. La distribución en cuatro partes se considera como la más adecuada para optimizar el empleo de la grúa, pues el peso de cada una de estas piezas sea menor de 400 toneladas. Dividirlo en menos piezas supondría la necesidad de manejar cargas mayores por parte de la grúa (lo cual obligaría a contar con unos medios de elevaciones especiales), y dividirlo en más piezas individuales obligaría a materializar un mayor número de uniones entre piezas, lo que perjudicaría el rendimiento.

Pero, en todo caso, se trata de una pieza metálica de transición, que conecta la base de la torre (3) del aerogenerador con el cajón de hormigón (1 ) conformado por la placa base (11 ) y los cilindros (12) de los vértices. Las uniones entre la pieza metálica (2) y el cajón de hormigón (1 ) quedan integradas en éste último a modo de nudos postesados (14) dentro de la propia estructura de la placa base (13).

La estructura metálica que permite el atraque de los barcos de mantenimiento y el acceso de personal por medio de una escalera (boat landing) se adosa a esta pieza de transición (2), uniéndose mediante soldadura a ella. Mientras que las plataformas intermedias y principales (“Resting platform” y “Main platform” o Deck) se adosan igualmente a la pieza de transición (2), de la que también forman parte.

Todas las estructuras secundarias (principalmente plataformas de operación) se montan directamente en la pieza de transición (2), de manera que se evitan las actividades de instalación posterior de estas estructuras.

En la Fig. 5 se ha representado uno de los nudos de conexión (21 ) entre la pieza de transición metálica (2) y el cajón de hormigón (2), que se ha resuelto del siguiente modo: la pieza de transición tiene en su parte inferior un refuerzo con forma de anillo o corona hexagonal en planta, la cual se encuentra soldada a una pieza cilindrica de eje vertical. El perímetro hexagonal del anillo de refuerzo se conecta con el núcleo hexagonal (14) de hormigón conformado en la placa base (11) mediante barras postesadas (16) que atraviesan horizontalmente dicho núcleo hexagonal de hormigón (jaula de pernos verticales). Las barras de postesado horizontal (16) son ¡guales y se distribuyen en distintos niveles. El número total y capacidad de las barras de postesado varía en función de los esfuerzos que tenga que soportar este nudo de conexión. Las paredes de hormigón del núcleo de dicho nudo tienen también un postesado vertical (17), que puede materializarse mediante barras postesadas verticales o bien mediante cables. Esta plataforma incluye un sistema de fondeo consistente en tres parejas de catenarias formadas por cadenas y cables. En los extremos se disponen las anclas que quedan fijadas al fondo marino. La composición y longitud de las líneas de fondeo dependerá de la profundidad y las condiciones específicas del lugar donde quede fondeada la plataforma flotante. En el otro extremo, estas líneas de fondeo quedan conectadas a la placa base del cajón en cada una de sus tres esquinas mediante guiacabos (fairleads), desde los que salen reenvíos a las tapas superiores de los cilindros de hormigón, desde donde se manejan las líneas por medio de cabrestantes.

Así mismo, la plataforma de la invención incorpora un sistema de lastrado activo, consistente en un conjunto de bombas y tuberías que discurren por el interior de la placa base. Las bombas quedan alojadas en el interior de cada uno de los cilindros. Este sistema permite trasegar agua de unos cilindros a otros si fuera necesario para estabilizar la plataforma frente a las escoras que pueden producirse en fase de servicio debido al funcionamiento del aerogenerador y a las cargas de oleaje, viento y corrientes.

Esta plataforma semi-sumergible está concebida para situarse en profundidades (calados) de más de 60 m, y preferiblemente entre 90 y 150 m. Para profundidades mayores, el diseño propuesto puede ser válido, debiendo ajustar el diseño particular del sistema de fondeo.

Se describen a continuación posibles variaciones que pueden adoptarse respecto a lo descrito en párrafos precedentes, sin que estas variaciones deban interpretarse como un cambio en la solución conceptual. Como se ha comentado, las dimensiones anteriores son referenciales y no pretenden ser exactas ni definir con precisión los rangos de aplicación.

Por ejemplo, el hormigón a emplear en la estructura es hormigón convencional si bien como alternativa pueden emplearse hormigones de baja densidad, reduciendo de esta manera el calado resultante, o bien también pueden emplearse hormigón con fibras. El armado del hormigón está formado por barras de acero convencional. Alternativamente pueden plantearse emplear barras de acero recubiertas de resinas, de fibras metálicas, fibras plásticas, barras de poliéster reforzado de fibra de vidrio (PRFV), o cualquier otro sistema no susceptible de corrosión. Principalmente en los nudos de conexión entre la pieza de transición y el cajón pueden emplearse barras de PRFV para asegurar que no son afectadas por la corrosión aunque pueda producirse fisuración en esas zonas. En cuanto a la geometría exterior del cajón y de la pieza de transición, además de las configuraciones triangulares tanto del cajón como de la pieza de transición, pueden adoptarse configuraciones cuadradas para ambos elementos. En ese caso, el cajón que conforma la placa base o heave plate dispondría de cuatro cuerpos cilindricos y tronco- cónicos, situados uno en cada vértice del cuadrado. En ese caso, la pieza de transición se uniría en cuatro nudos al cajón de hormigón, en lugar de en tres. También pueden adoptarse configuraciones con un eje de simetría en lugar de tres. Así, podrían adoptarse formas de triángulo isósceles para el cajón, el cual quedaría enfrentado en la dirección de incidencia del oleaje en fase de servicio, disponiendo de su mayor dimensión en la misma para contrarrestar la inestabilidad producida por dicho oleaje. En ese caso, la pieza de transición también podría disponerse con un único eje de simetría en planta en lugar de con tres ejes.

La ubicación de los nudos de conexión, en función de las cargas transmitidas por la turbina (que depende fundamentalmente de su tamaño y capacidad), se pueden alojar dentro del cajón, en la placa base (11), o bien a una cota superior, por encima de la losa de cierre (15) superior de dicha placa base. En este último caso, el prisma hexagonal que forman las paredes de hormigón se prolongan por encima de la placa base (11 ), permaneciendo hueco por dentro. La posición definitiva en cota de estos nudos de conexión depende de los esfuerzos que deban soportar los cuales, a su vez, dependen de las condiciones específicas del sitio en cuanto a oleaje, corriente y viento, así como del tamaño de la turbina. Posicionar los nudos a una cota superior puede ser beneficioso para disminuir los esfuerzos a resistir pero, por el contrario, hace aumentar la complejidad constructiva. Además, situar los nudos de conexión a una cota superior dejaría dichos nudos mucho más expuestos al oleaje y corrientes, y en contacto directo con el agua de mar, mientras que en su configuración preferencial previamente descrita, los nudos se encuentran alojados dentro del cajón.

La configuración de la pieza de transición, además de la configuración anteriormente descrita, la pieza de transición puede adoptar una configuración algo diferente. La pieza de transición puede configurarse con un número diferente de partes parciales. Igualmente, puede tener formas algo diferentes: del tipo trípode, jacket (con cimbra) o similar. También puede configurarse con u número distinto de patas. Así, para un cajón triangular regular, la pieza de transición podría disponer de 6 patas, situándose dos patas por cada lado del triángulo y respetándose igualmente los tres ejes de simetría. En todo caso, se persigue que cada una de las piezas individuales que conforman la pieza de transición en su conjunto, puedan instalarse en su posición en la plataforma por medio de una grúa sobre orugas. La distribución en cuatro niveles descrita se considera como la más adecuada para optimizar el empleo de la grúa, pues el peso de cada una de estas piezas es menor de 400 toneladas. Dividirlo en menos piezas supondría la necesidad de manejar cargas mayores por parte de la grúa (lo cual obligaría a contar con unos medio de elevación especiales), y dividirlo en más piezas individuales obligaría a materializar un mayor número de uniones entre piezas, lo que perjudicaría el rendimiento. En todo caso, se trata de una pieza metálica de transición, que conecta la base de la torre (3) del aerogenerador con el cajón de hormigón (1) que conforma la placa base (heave plate), quedando las uniones con éste integradas a modo de nudos postesados, alojados dentro del propio cajón.

La forma de los cuerpos cilindricos y/o tronco-cónicos (12) del cajón, que son los elementos encargados de aportar la mayor parte de flotación y estabilidad a la plataforma, también pueden adoptarse formas cilindricas constantes en altura, en lugar de la forma aquí descrita con una transición troncocónica a cierta altura. Esta transición tiene por objeto pasar a una sección cilindrica de menor diámetro en la parte superior, de manera que se reduzcan las cargas de oleaje sobre este elemento, además de reducir el peso en la parte superior de la plataforma y bajar el centro de gravedad, lo cual también es beneficioso. En ubicaciones específicas donde las cargas de oleaje no sean muy elevadas, podría prescindirse de esta transición, resultando cilindros de sección constante en toda su altura. En el caso de adoptar la geometría cilindrica constante en toda su altura, estos cilindros pueden ejecutarse con encofrados deslizantes. En caso de disponer una transición troncocónica, se ejecuta con encofrados trepantes.

Las tapas de los cuerpos cilindricos y/o tronco-cónicos (12) del cajón pueden ser metálicas, o de hormigón. La elección entre un tipo u otro depende de la cuantía de esfuerzos estructurales transmitidos por el sistema de fondeo que deba resistir.

Las conexiones con las líneas de fondeo podrían situarse sobre los cuerpos cilindricos pero a otras cotas en lugar de en la parte inferior de los mismos. Igualmente podría prescindirse de los reenvíos de las líneas de fondeo.

Describimos a continuación el proceso constructivo de esta plataforma puesto que es un aspecto intrínseco que determina el diseño de esta solución.

En cuanto al cajón de hormigón que conforma la placa base (11 ) con sus respectivos cuerpos cilindricos y troncocónicos, el diseño ha sido escogido para permitir que su fabricación pueda realizarse siguiendo los mismos procedimientos constructivos de los cajones portuarios. Así, es posible su fabricación en dique flotante mediante la técnica de deslizado o trepado de sus elementos, y su botadura directa posterior, al igual que se realiza de manera convencional con estos cajones portuarios. Y, en todo caso, también es posible la fabricación de esta plataforma en tierra, aunque se entiende que en este caso, se desaprovecharían parte de las ventajas que este diseño aporta.

El proceso constructivo adopta una filosofía de producción industrializada que reduce al máximo los ritmos de fabricación.

Igualmente el diseño está concebido para permitir la fácil instalación tanto de la pieza de transición así como de la torre y de todos los elementos del aerogenerador dentro del proceso de fabricación en el muelle de fabricación en puerto.

Se deben disponer únicamente de dos posiciones de fabricación sucesivas (Posición n ^e 1 y Posición n ^e 2) en un mismo muelle de fabricación, que conforman de esta manera la línea de producción industrial de estas plataformas. Es posible disponer de una tercera posición (Posición n ^e 3) en muelle; en este caso, se aumentaría la producción pero se requeriría una grúa sobre orugas más para aprovechar dicha tercera posición. Esa posibilidad puede ser beneficiosa o no en función de los condicionantes específicos del proyecto en cuestión.

Se numeran las fases de fabricación de una única plataforma considerando que su fabricación se realiza en dique flotante. También se considera que se emplean únicamente dos posiciones de fabricación en un mismo muelle (línea de atraque): n ^e 1 (donde se ubica el dique flotante) y n ^e 2 (donde se realizan ciertos trabajos para finalizar la construcción):

Fases de ejecución en dique flotante (Posición n ^e 1):

1 . Montaje de la armadura pasiva y activa de la solera de la placa base. Adosada a esta armadura se preinstalan las tres jaulas de barras de postesado vertical de los nudos de la futura conexión con la pieza de transición metálica.

2. Montaje de encofrados laterales de la solera de la placa base.

3. Hormigonado completo de la solera de la placa base.

4. Colocación sobre la solera hormigonada de las tres piezas metálicas que conforman los pies de apoyo de la pieza de transición (coronas hexagonales y primeros cilindros).

5. Instalación de las vainas de los futuros pernos horizontales acopladas a las coronas hexagonales. 6. Instalación de la armadura de las paredes verticales de la placa base, incluyendo la de los nudos de conexión con la pieza de transición.

7. Instalación del sistema de encofrado de las paredes.

8. Hormigonado de las paredes verticales de la placa base en toda su altura. (El hormigonado de los cilindros de las esquinas arranca en esta fase y prosigue de manera paralela al resto de actividades e independiente de ellas, hasta completar los cilindros en toda su altura).

9. Retirada de encofrados de las paredes verticales de la placa base.

10. Instalación de los pernos horizontales dentro de las vainas en los nudos de conexión.

11 . Tesado de los pernos horizontales y de las barras verticales en los nudos de conexión.

12. Colocación de las prelosas de las tapas superiores de la placa base.

13. Instalación de la armadura activa y pasiva de la tapa superior de la placa base.

14. Hormigonado de la tapa superior de la placa base.

15. Postesado horizontal de la tapa superior de la placa base.

16. Postesado de los nudos de anclaje de las líneas de fondeo.

17. Instalación de la pieza de transición descrita anteriormente correspondiente al Nivel 1 .

18. Botadura.

A partir de este momento, el resto de actividades se realizan con la plataforma a flote, liberando el dique flotante para la ejecución de la siguiente unidad. (Posición n ^e 2):

19. Instalación de la pieza de transición descrita anteriormente correspondiente al Nivel 2.

20. Instalación de la pieza de transición descrita anteriormente correspondiente al Nivel 3.

21 . Instalación de la pieza de transición descrita anteriormente correspondiente al Nivel 4.

22. Terminación de la ejecución de los cilindros de hormigón (que han proseguido su ejecución en paralelo desde la etapa 8 anterior). Retirada de encofrados para su reutilización en la siguiente unidad.

23. Instalación de equipos electromecánicos que no hayan podido ser preinstalados durante el propio montaje de la pieza de transición.

24. Instalación de la torre del aerogenerador.

25. Instalación de la turbina (nacelle, rotor y palas).

26. Pruebas finales.

A partir de este momento, la plataforma está lista para su transporte al lugar de instalación definitiva en el parque offshore. La plataforma así conformada puede ser enteramente construida (incluyendo el montaje de la torre y del aerogenerador) en un único muelle de fabricación de unos 220 m de largo, evitando la necesidad de ocupación de grandes superficies terrestres o de astilleros. En cuanto a los calados necesarios en dicho muelle, oscila alrededor de 10 m.

La fabricación en tierra seguiría los mismos pasos, realizándose la botadura previamente a la instalación de la torre del aerogenerador y de la turbina, las cuales se instalarían con la plataforma a flote amarrada al muelle.