EXPERIENCIAS EN EL USO DE TORRES EÓLICAS DE HORMIGÓN José Serna Director Ingeniería. ESTEYCO ENERGIA POWEREXPO 09, ZARAGOZA 1 EXPERIENCIAS EN EL USO DE TORRES EÓLICAS DE HORMIGÓN 1. Torres de hormigón: su origen y motivación 2. Torres metálicas: limitaciones y desventajas 3. Principales ventajas que ofrecen las torres de hormigón. 4. Principales retos en el desarrollo e industrialización de soluciones de torres de hormigón 5. Experiencias en el uso de torres de hormigón 6. Las torres de Inneo. 7. Conclusiones 2 1. TORRES DE HORMIGÓN: SU ORIGEN Y MOTIVACIÓN RESPUESTA A UNA NECESIDAD (+ENERGÍA)3 TENDENCIA DEL MERCADO HACIA TORRES DE MAYOR ALTURA Y POTENCIA CUYOS REQUERIMIENTOS EXCEDEN LA APLICABILIDAD EFECIENTE DE LAS TORRES METÁLICAS TUBULARES CONVENCIONALES RESPUESTA A UNA “PARADOJA” Source: Garrad Hassan +ALTURA +VELOCIDAD DE VIENTO EL HORMIGÓN ACOSTUMBRA A SER EL MATERIAL MÁS COMPETITIVO PARA TODA CLASE DE ESTRUCTURAS DE FUSTES ELEVADOS EN LAS QUE EL PESO PROPIO NO ES LA PRINCIPAL SOLICITACIÓN. EN ESTE SENTIDO LAS TORRES EÓLICAS SON UNA EXCEPCIÓN PARADÓJICA. 3 2. TORRES METÁLICAS: Limtaciones y desventajas (1/2) Eficiencia dependiente del transporte de tubos completos: máximo diámetro limitado por los gálibos del (Ø≤ 4.30 m pprox.). En consecuencia: Excesiva flexibilidad de la torre, muy cercana a los límites admisibles marcados por el comportamiento dinámico y el riesgo de resonancia, en particular cuando se buscan turbinas mayores y más capaces y mayor altura de buje. Crecimiento acelerado del coste de la torre por altura de torre por encima de 80m, con una pronunciada reducción en eficiencia económica. Alta sensibilidad a la deformabilidad del terreno como consecuencia de los valores límite en la frecuencia natural de la torre: incrementos de coste del cimiento y riesgos asociados a la incierta deformabilidad del terreno.. Proceso de montaje condicionado por los fenómenos de desprendimiento de vórtices. La torre completa no puede permanecer montada sin la nacelle. 4 2. TORRES METÁLICAS: Limitaciones y desventajas (2/2) Diseño condicionado por la inestabilidad o abolladura de la chapa comprimida y no rigidizada: reducida eficiencia estructural y comportamiento frágil (no dúctil), particularmente desfavorable en zonas de riesgo sísmico. Juntas excéntricas delicadas, sensibles a la fatiga y con elevados requerimientos de mantenimiento. Complejidad de la crítica y altamente solicitada conexión con el cimiento. Costosa y fuente no inusual de patologías. Durabilidad muy dependiente del mantenimiento, en particular en ambiente marino Habituales dificultades en relación con la logística, el transporte y, a menudo, el suministro. 5 3. PRINCIPALES VENTAJAS DE LAS TORRES DE HORMIGÓN COMPORTAMIENTO Y CAPACIDAD ESTRUCTURAL • En la medida en que se basen en un sistema que permita libertad de geometrías, permiten la optimización en el comportamiento dinámico y estructural • Capacidad para alcanzar y soportar cualquier altura y tamaño de aerogenerador, tanto on-shore como off-shore. • Mayor amortiguamiento estructural. Poco sensible a la fatiga. • Comportamiento dúctil (frente al comportamiento frágil de las torres metálicas convencionales), particularmente relevante en zona sísmica. STEEL CONC RETE 6 3. PRINCIPALES VENTAJAS DE LAS TORRES DE HORMIGÓN DURABILIDAD Y MANTENIMIENTO • Libres de mantenimiento, en claro contraste con las torres metálicas • La pintura es una opción, no una necesidad • Mayor durabilidad (>50 años), particularmente en ambiente marino, y favorecida en su caso por el empleo de hormigones de alta resistencia. • Resistencia al fuego mejorada. Tolerancia frente a daños por impactos o situaciones accidentales; facilidad y economía de reparación. 7 3. PRINCIPALES VENTAJAS DE LAS TORRES DE HORMIGÓN ECONOMÍA, SENCILLEZ Y FIABILIDAD DE LA CIMENTACIÓN. • Mayor peso estabilizador de la torre → Menor peso necesario para la cimentación por gravedad → Menor volumen de hormigón • Mayor diámetro en la base → Menor vuelo de la zapata → Menores esfuerzos en la losa de zapata → Menores cuantías de armadura. • Mayor rigidez de la torre → Menores exigencias de rigidez sobre la cimentación → Menor tamaño del cimiento en suelos blandos, donde la rigidez dinñamica del cimiento suele gobernar el diseño / mayores posibilidades de evitar cimentaciones profundas. • Si están bien concebidas, las conexiones torre-cimiento pueden ser más sencillas, baratas y fiables. Steel: 40Tn Concrete: 200Tn 8 3. PRINCIPALES VENTAJAS DE LAS TORRES DE HORMIGÓN MEDIOAMBIENTALES • • • • • Menores emisiones de CO2 (hasta en un 40%) Reducción de las emisiones de ruido mecánico al minimizar el efecto de retumbe en la torre. Favorables cualidades visuales: geometrías suaves y acabados de calidad Material de la torre reciclable. Mejores posibilidades de integración en el paisaje, en la medida en que turbinas mayores permiten reducir su número para una determinada potencia instalada. vs. 9 3. PRINCIPALES VENTAJAS DE LAS TORRES DE HORMIGÓN FUNCIONALIDAD • Mucho mayor tamaño interior y de la puerta de acceso, facilitando la instalación de los equipos internos y operaciones de mantenimiento / reparación o substitución. • Simplicidad para la conexión de elementos internos a la pared de la torre: flexibilidad para contener cualquier configuración de los equipamientos internos. • Mejora de las condiciones de trabajo en el interior de la torre: mejor aislamiento, menor ruido, mayor seguridad ante el impacto de un rayo. 10 4. PRINCIPALES RETOS EN EL DESARROLLO DE TORRES DE HORMIGÓN VELOCIDAD Y ECONOMÍA DE MONTAJE FIABILIDAD TÉCNICA HOMOLOGACIÓN / CERTIFICACIÓN 11 5. EXPERIENCIAS EN EL USO DE TORRES EÓLICAS DE HORMIGÓN TORRES IN-SITU CON ENCOFRADOS TREPANTES O DESLIZANTES • • • Nibe, Dinamarca 1977. Aprovecha plenamente las ventajas que ofrece el hormigón. Prolongados plazos de ejecución: inviable como solución industrial para un elevado número de torres. 12 5. EXPERIENCIAS EN EL USO DE TORRES EÓLICAS DE HORMIGÓN TORRES CON PEDESTALES DE HORMIGÓN IN-SITU • • • • Permiten prolongar la aplicabilidad de las torres metálicas hacia alturas moderadamente incrementadas. No permiten aprovechar plenamente las ventajas que ofrece el hormigón, conservando los inconvenientes de las torres metálicas: mantenimiento, falta de ductilidad, valores límite de la frecuencia natural. Delicada y compleja conexión hormigón-acero. El pedestal de hormigón in-situ es un elemento costoso y sigue involucrando plazos dilatados, penalizando decisivamente su aplicación como solución industrializada para alto número de torres 13 5. EXPERIENCIAS EN EL USO DE TORRES EÓLICAS DE HORMIGÓN TORRES PREFABRICADAS HÍBRIDAS • • • • Aprovechan la tecnología actual, pero de nuevo conservan sus inconvenientes, dejando de aprovechar las ventajas del hormigón como material durable, dúctil y libre de mantenimiento. Pretensado en campo: complejidad de ejecución y aumento de plazos Dependen de la logística y suministro de ambas tecnologías. No ventajosas económicamente. 14 5. EXPERIENCIAS EN EL USO DE TORRES EÓLICAS DE HORMIGÓN TORRES PREFABRICADAS DE HORMIGÓN • • Dos soluciones a nivel mundial: Enercon con anillos cortos, Inneo Torres con dovelas. Las únicas que actualmente presentan una tecnología probada e industrializada 15 6. LAS TORRES DE INNEO TORRES La torre se divide en tramos tubulares de 20m Cada tramo se subdivide en sectores o tejas ajustadas a los requerimientos del transporte, evitando que éstos puedan condicionar la geometría de la torre. En el emplazamiento, las piezas se premontan, formando tubos verticales acopiados. Esta fase involucra sólo grúas menores. En segunda fase, la grúa de gran tonelaje que montará la nacelle monta los sucesivos tramos, completando la torre en una sencilla y rápida operación de 1 día. 16 6. LAS TORRES DE INNEO TORRES FABRICACIÓN. POSIBILIDAD DE EMPLEAR FÁBRICAS MÓVILES O DE CAMPAÑA • Inneo Torres ha desarrollado una fábrica móvil provisional puede instalarse próxima al emplazamiento, con una capacidad adaptable a las necesidades de cada proyecto.. •Gran simplificación y eficiencia para la logística, e importantes ahorros en transporte. •La tecnología asociada a la prefabricación, suministros y personal son de bajo coste y disponibles a nivel mundial. Con una tecnología de moldes transportables adecuadamente concebidas esto resulta en una inversión moderada para la instalación de la fábrica, que es amortizable a partir de un número de entre 12 y 15 torres. •La generación de empleo y uso de materias primas locales se convierten en valores para el promotor. Reinforced Steel Facilities Concrete Mix Plant 17 6. LAS TORRES DE INNEO TORRES Premontaje • Involucra sólo de grúas pequeñas/ Ritmos de premontaje de al menos 2 torres por semana / El equipo de premontaje trabaja 1-2 semanas por delante del montaje. 18 6. LAS TORRES DE INNEO TORRES Montaje •Una grúa de gran tonelaje se emplea en una sencilla operación de 1 día / como norma, el tamaño de la grúa es no superior al de la grúa necesaria en cualquier caso para el montaje de la nacelle •Sistema patentado y certificado de juntas que evita la necesidad de pretensado en el campo, posibilitando operaciones muy rápidas y sencillas / como consecuencia ritmos de montaje de 2-3 torres por semana, análogos a los de las torres metálicas /Autoestable 19 6. PATENTES Y MODELOS DE UTILIDAD INTERNACIONALES MODULAR TOWER STRUCTURE for Wind Turbines: ASSEMBLY Structure and Procedure for Towers used in Wind Turbines Improved JOINTS Structure for Towers used in Wind Turbines SPAIN CANADA MEXICO USA AUSTRALIA CHINA EUROPEAN PATENT CHILE GERMANY SPAIN CANADA MEXICO USA AUSTRALIA CHINA EUROPEAN PATENT Improved MOULDS for Precast Concrete Elements for Towers used in Wind Turbines 20 6. LAS TORRES DE INNEO: TRACK RECORD Location Wind Farm WTG model Tower model Tafalla (Navarra) AIBAR AWP 1.5 Mw INNEO 80m/1.5Mw INNEO 80m/1.5Mw INNEO 80m/1.5Mw INNEO 80m/1.5Mw INNEO 100m/3Mw INNEO 80m/1.5Mw INNEO 80m/1.5Mw Cerro blanco CERROBLANCO AWP 1.5 Mw (Albacete) Ayora (Valencia) LOSILLA AWP 1.5 Mw Enguera BOIRA (Valencia) Tafalla (Navarra) PEÑABLANCA Enguera (Valencia) Enguera (Valencia) Unzué (Navarra) AWP 1.5 Mw AWP 3.0 Mw Number of towers 1 Year Status 2006 In service 7 2007 In service 16 2008 In service 23 2008 In service 1 2008 In service 23 2Q 2009 Erected 11 2Q 2009 Under construction BENALAZ - I AWP 1.5 Mw BENALAZ - II AWP 1.5 Mw Undefined AWP 3.0 Mw INNEO 100m/3Mw 3 3Q 2009 Stored ALAIZ AWP 1.5 Mw INNEO 100m/1.5Mw 3 3Q 2009 Stored • Más de 1200 dovelas fabricadas 21 6. LAS TORRES DE INNEO: TRACK RECORD 22 9. CONCLUSIONES Las torres de hormigón pueden ser una solución ventajosa, capaz de salvar las limitaciones de las actuales torres metálicas para alcanzar mayores alturas y soportar turbinas de mayor potencia. Pueden ofrecer además ventajas desde el punto de vista de los costes de operación y mantenimiento, la durabilidad, así como beneficios funcionales y medioambientales. Más allá de la fiabilidad técnica y certificación, su principal reto consiste en poder alcanzar ritmos de puesta en servicio de torres análogos a los de las actuales torres metálicas, para poder aspirar a convertirse en soluciones industrializables y aplicables a gran escala. Inneo Torres ha situado ya en el mercado un modelo de torre, certificado, probado e industrialmente desarrollado, capaz de llevar prácticamente cualquier torre a cualquier altura con ritmos de montaje de 2 torres a la semana. 23 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN 24