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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1 4

3

5

6

1

2

3

4

5

6

4

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

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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

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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)

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