Iberdrola I&C Soluciones Flotantes
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Iberdrola I&C Soluciones Flotantes para Offshore Wind
20 de Noviembre – “Blue Energy” IIE
Juan Amate López – Rpble. de Tecnología & Supply Chain Offshore/ Iberdrola I&C
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Índice
1. IIC Desarrollo de Plataformas Flotantes Offshore Wind.
Mapa de ruta
1. Software Iberdrola FEM
2. Metodologías
3. Diseños de TLP (2 MW & 5 MW)
4. Ensayos en canal
2. Sistemas de transporte e instalación
3. Análisis de Costes
4. Conclusiones
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Iberdrola Offshore Wind. Proyectos
ALEMANIA
1000 MW en desarrollo.
Wikinger (Mar Báltico). Aproximadamente 400 MW. En desarrollo.
UK
West of Duddon Sands (Round 2). 389 MW en colaboración con DONG Energy.
East Anglia. Más de 7.200 MW en colaboración con Vattenfall.
Argyll Array. Derecho de prospección superiores a 1800 MW.
FRANCIA
500 MW en colaboración con Areva y Eole-RES.
ESPAÑA
Solicitados 3.000 MW en 2007.
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IEC Offshore Flotante I+D
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Ocean Lider
Estructura del proyecto
30 M€ de presupuesto & 15 M€ de subvención, mayor de su tipo a nivel mundial!!!
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Ocean Lider
Líder: Asistencia Técnica
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Flottek
ETORGAI FLOTTEK es un proyecto de I+D enfocado al análisis y desarrollo de plataformas flotantes en aguas profundas para el mercado energético Offshore Wind. En él participa un consorcio de seis empresas y cuatro centros de investigación, liderados por GAMESA.
Participantes
Centros de Investigación
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EÓLICA OFFSHORE I+D:
“CONCEPTOS FLOTANTES”
Herramienta
de diseño Metodologías
Conceptos
flotantes
Ensayos en
canal
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Herramienta de diseño
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Presiones Hidrodinámicas& Movimientos
Desarrollo de un software que acopla un código aeroelástico (FAST) y un código hidrodinámico
especialmente desarrollado para plataformas flotantes. Incluye modelización del sistema de fondeo y
simulación de operaciones de transporte e instalación.
Modelo Hidrodinámico
Modelo Aerodinámico
Comprobación estructural
Cargas de viento & Movimientos
Definición del
sistema de
fondeo
Static
Check
Dynamic
Check
Modal
Check
Fatigue
Check
Estados de mar Estados de Viento
Iberdrola FEM
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Iberdrola FEM SW
Hidrodinámica
•Olas regulares
•Olas irregulares (Pierson Moskovitz & Jonswap).
•Corrientes.
•Ola radiada y difractada
•Análisis en el dominio del tiempo de plataformas fijas y flotantes. (Efectos de acoplamiento dinámico).
•Sistemas de fondeo lineales y no lineales.
•Operaciones de remolque.
Control-Aeroelasticidad
•Código FAST.
•Acoplamiento con el modulo hidrodinámico.
•Blade Element Momentum Theory.
•Aero-elasticidad. El codigo de FAST modela el aerogenerador como una combinación de sólidos rígidos y flexibles.
• Incluye flexión de torre, flexión de pala, guiñada de nacelle, control de velocidad del rotor, flexión del eje de transmisión...
•Control de aerogeneradores.
•Casos de carga según la IEC y DNV.
Analisis Estructural
•Interacción fluido-estructura
•Interacción estructura-suelo
•Teoría de Morison para soluciones fijas (Airy, Stokes, Stream function)
•Acoplamiento con los modulos aero-hidro-servo-elasticos.
•Chequeo frente a código de las estructuras [API-RP2A,DNV,IEC]
•Análisis modal.
•Análisis lineales y no lineales.
•Análisis en el dominio del tiempo.
•Análisis de fatiga
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Metodologías
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Metodología de diseño acoplado (OL)
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FLOTTEK Metodología no acoplada EMPLAZAMIENTO
SELECCIÓN DEL CONCEPTO
FLOTANTE
IBERDROLA I&C
ITERACIONES
ANÁLISIS DE
SENSIBILIDAD
GAMESA
DISEÑO
PRELIMINAR
TRANSPORTE &
INSTALACIÓN
SISTEMA DE
FONDEO
ENSAYOS CANAL
DISEÑO
FINAL SISTEMA DE
FONDEO
TRANSPORTE &
INSTALACION
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ACOPLADO NO-ACOPLADO
IBERDROLA FEM
FIRMA DE INGENIERÍA
ITERACIONES
SUMINISTRADOR DE LA TURBINA
ENSAYOS EN CANAL .
METODO ITERATIVO
SOFTWARE ACOPLADO
Cargas originales de la turbina
.
Movimientos inducidos en la plataforma
.
Simulación activa de la carga de thurst
Cargas aerodinámicas #1
Cargas aerodinámicas #2
Cargas aerodinámicas #3
CORRELACIÓN/COMPARACIÓN
Acoplado vs No-Acoplado
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Ensayos en canal
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Ensayos a Escala reducida
ENSAYOS EN CANAL
.
Cargas originales de la
turbina .
Movimientos inducidos en la
plataforma .
Simulación activa de la carga de thurst
• Tanto el diseño de la TLP 2 MW como el de la TLP 5 MW, se están ensayando actualmente (escalas 1:35 y 1:40 respectivamente) en Madrid, en el CEHIPAR y en la ETSIN, hasta finales de noviembre de 2012
Se están simulando: • Condiciones de operación y supervivencia • Operaciones de instalación y remolque
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Conceptos flotantes
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IEC TLP 2MW Características
Profundidad(m) / Hs / Hmáx 50 100 / 10,3 / 20
Aerogenerador G-8X 2MW
Nº de pontonas 4
Nº de líneas de fondeo por pontona 2
Calado de operación (m) 24
Envergadura (m) 35
Dersplazamiento(ton) 2.534
Masa acero TLP (ton) 750
Líneas de fondeo Cables de acero
Cimentación líneas de fondeo Succión / pilotado
Surge medio (oper./supervivencia) [m]
(2,3/4)
Setdown medio (oper/superv.) [m] (0,04/0,11)
Aceleraciones máximas en nacelle(oper/superv.)
(0,83/4,1) (m/s2)
TLP 2MW Características generales
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TLP 2MW Características generales
Torre de Iberdrola, Bilbao
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IEC TLP 5MW Characteristics
Water depth (m) / Hs / Hmáx 50 80 / 15/ 31
Wind turbine type NREL 5MW
Nº of pontoons 4
Nº of mooring lines per pontoon 2
Operational Draught (m) 39,8
Span / Beam (m) 64
Displacement (ton) 4.333
TLP Steel weight (ton) 1.053
Mooring Lines Steel wires
Mooring Lines Foundation Suction / piled
Surge mean (oper./survival) [m] (0,4/<8)
Setdown mean (oper/survival) [m] (0,11/4)
Nacelle acelerations max (oper/survival)
(1/2,7) (m/s2)
TLP 5MW Características generales
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TLP 5MW Características generales
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Transporte e Instalación
24
Transporte + Instalación Alternativas
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1. Antes de la
puesta a flote
2.Transporte 3. Instalación (Antes del
acoplamiento con los tendones)
Transporte + Instalación (Semi-TLP)
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4. Instalación
(acoplamiento con los
tendones)
6. Condición
de operación
1.Acoplamiento con tendones.
2.Deslastrado de la columna central.
1.Lastrar flotadores hasta flotación neutra y retirada con apoyo de buques.
Transporte + Instalación (Semi-TLP)
5. Retirada de
flotadores
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Líneas de fondeo de acero
Pilotes de succión o hincados
Cluster de pilotes de succión: mayor precisión en la instalación y sencillo desmantelamiento
Las líneas de fondeo pueden ser preinstaladas en los cluster de pilotes de succión
Los clusters de pilotes permiten gracias a un sistema de llenado independiente correcciones
verticales durante la instalación
Desarrollados & Instalados por AHT o PSV con supervisión mediante ROV y bombas de gran potencia
Uso extendido en Oil & Gas para una gran variedad de suelos
Instalación de las líneas de fondeo
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Instalación de las líneas de fondeo
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Tendones pre-instalados con boyas auxiliares
TLP, con porches y conectores pre-instalados en tierra.
Conexión de los tendones en el mar. La TLP es
lastrada hasta su calado de operación.
Conexión de los tendones en el mar. Se necesitan buzos para esta operación. Las boyas auxiliares serán
retiradas una vez completada la conexión.
TLP Secuencia detallada de instalación
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• Inundación de tanques de lastre hasta el calado de operación
• Deslastrado de tanques hasta conseguir la pretensión de operación (tras la
conexión de los tendones)
•De-ballasting tanks to achieve operational pretension (after coupling with tendons)
TLP Secuencia detallada de instalación
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Secuencia de instalación + transporte
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Secuencia de instalación + transporte
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Escala 1:40
Ensayos a Escala reducida
Transporte
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Transporte e instalación con barcaza
35
Escala 1:35
Ensayos a Escala reducida
Transporte
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Ensayos a Escala reducida
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Ensayos a Escala reducida
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TLP Análisis de Costes
IEC TLP 2MW Costes de Instalación
Tipo de Sistema de Instalación Flotador Reutilizable
Peso Total de Flotadores (ton) 670
Coste de Flotadores (M€)* 1,65
Coste Unitario de Flotadores, para 50 unidades TLP (M€)*
0,033
Gestión de Proyecto, Ingeniería e Inspecciones, Coste Unitario para 50 unidades TLP (M€)
0,3
Coste de Estructura de TLP (M€)* 1,92
Sistema de Fondeo (M€)** 0,95
Coste de Instalación por TLP (M€) 0,90
Coste Instalada (M€) 4,103
Coste Instalada, por MW (M€) 2,05
*Según costes de referencia de astilleros Europeos. **Según costes de referencia de la industria de Oil & Gas
IEC TLP 5MW Costes de Instalación
Tipo de Sistema de Instalación Flotador Reutilizable
Peso Total de Flotadores (ton) 950
Coste de Flotadores (M€)* 2,34
Coste Unitario de Flotadores, para 50 unidades TLP (M€)*
0,047
Gestión de Proyecto, Ingeniería e Inspecciones, Coste Unitario para 50 unidades TLP (M€)
0,3
Coste de Estructura de TLP (M€)* 2,7
Sistema de Fondeo (M€)** 1,35
Coste de Instalación por TLP (M€) 1,05
Coste Instalada (M€) 5,447
Coste Instalada, por MW (M€) 1,09
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Conclusiones
Comparados con otras Soluciones Flotantes:
- Mejor “Respuesta Dinámica” (la máquina no está sometida a rotaciones, arfada
prácticamente cancelada y bajo nivel de desplazamientos son necesarias sólo
pequeñas modificaciones con respecto de los diseños de turbinas offshore actuales) &
no es necesario un Sistema de Lastre Activo en operación (bajo riesgo operacional).
- Menor nivel de fatiga en cables.
- Seguridad en la Mar mejorada en fases de Operación y Mantenimiento.
- Diseñados para condiciones más severas que otros diseños. (Hmax 27 m)
- Mayor optimización de: peso de acero & desplazamiento & costes respecto a
otros diseños: Windfloat 2MW (1.200/2.750 ton) & Hywind 2.3MW (1.500/5.300 ton)
- La instalación de líneas de fondeo tensadas requiere una mayor precisión.
- Diseño con Redundancia Completa, con 4 pontonas y 2 x Líneas de Fondeo por
pontona, en condiciones de operación incluso con una línea perdida.
Flotadores IEC TLP
Permiten el ensamblaje en múltiples astilleros de fabricación y el transporte del sistema
completo así como su instalación con buques estándar en ventanas climáticas
pequeñas(2-3 days con 0-2,5 Hs); Independiente de la instalación del sistema de fondeo.
Baja dependencia de cargas aerodinámicas y pesos 2 MW (750 t) / 5 MW TLP (1.050 t)
Mercado potencial amplio (USA, Japón, España, Escocia, Portugal, Mediterráneo)
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Desarrollos Futuros
Sub-Estación Offshore (SEMI)