Brevet FR2277994A1 — publié le 19760206

La présente invention concerne un procédé et une installation de régulation de la vitesse de rotation des éoliennes utilisées pour la production d'énergie. En raison de l'impossibilité de réaliser un stockage de l'élement naturel qu'est le vent, les applications ou utilisations de lté- nergie éolienne restent limitées et peu nombreuses. Cependant, si l'on ne peut capter le vent, on peut utiliser sa force pour produire et exmagasiner une énergie - soit sous forme d'hydrogène et d'oxygène obtenus par électrolyse à partir d'une génératrice électrique actionnée par une éolienne - soit sous forme de chaleur, en chauffant à l'aide de l'électri- cité produite par une génératrice actionnée par une éolienne, de l'eau contenue dans une citerne isotherme. Etant donné la gratuité de la source énergétique, on comprend que le prix de revient de l'électricité produite par de telles installations se réduit aux seuls frais dtamortisserent du matériel utilisé. Pour rentabiliser les installations dans les applications préci tées, il est nécessaire de réaliser des éoliennes de grande capacité, c'est-à-dire des éoliennes comportant des pales de grande envergure. Le problème se pose alors de la résistance des éoliennes lorsque la vitesse de rotation est telle que l'extrémité libre de leurs pales atteint la vitesse du son. En effet, si l'on considère une éolienne dotée de pales de 50 li de longueur dont l'axe tourne à un tour/seconde, ltextrémité libre de ses pales se déplace à une vitesse supérieure à 320 m/s. Or, les ailes ou pales ne résistent pas au passage du mur du son. Pour pouvoir utiliser une éolienne de grande envergure, il est donc indispensable de pouvoir réguler sa vitesse de rotation de façon que cette dernière ne puisse atteindre une valeur critique. Un objet de l'invention est donc un procédé et une installation de régulation de la vitesse de rotation de la roue à pales des éoliennes utilisées pour la production d'énergie. Le procédé selon l'invention est remarquable en ce qu'on utilise les variations de la vitesse de rotation, proportionnelle à la force du vent, de la roue à pales de l'éolienne, pour obtenir une variation de la résistance'du circuit de charge dans lequel débite la génératrice électrique actionnée par l'éolienne, de façon à réaliser une régulation de la vitesse de rotation du rotor de la dite génératrice et, par conséquent, également une régulation de la vitesse de rotation de ladite roue à pales. Selon une autre caractéristique, le procédé appliqué à la production d'hydrogène et d'oxygène est remarquable en ce que la variation de la résistance du circuit de charge est obtenue en rapprochant ou en éloignant les électrodes logées dans la cuve à électrolyse. Selon une autre caractéristique, le procédé appliqué à la production de chaleur consiste à doter le circuit de chauffage de résistances réglables. L'installation selon l'invention comprend une génératrice électrique actionnée par la roue à pales d'une éolienne de grande envergure et est caractérisée en ce quelle comprend un dispositif sensible aux variations de la vitesse de rotation de ladite roue à pales et des moyens aptes à faire varier la résistance du circuit de charge dans lequel débite ladite génératrice électrique, sous 11 influence dudit dispositif. Selon une autre caractéristique, le dispositif sensible aux variations de la vitesse de rotation de la roue à pales de l'éolienne comprend une ou, de préférence, deux masselottes reliées, chacune, au moyen d'une bielle articulée, à un arbre entraSné en rotation par ladite roue, lesdites masselottes étant d'autre part reliées au moyen d'une seconde bielle articulée, à un coulisseau se dépla çant sur une glissière portant les contacts de commande des moyens aptes à faire varier la résistance du circuit de charge et le contact de sécurité arrttant le-fonctionnement de l'éolienne en cas de rafales de vent. Selon une autre caractéristique, les moyens aptes à faire varier la résistance du circuit de charge sont constitués par un variateur synchrone permettant le rapprochement ou l'éloignement, au moyen de tout dispositif approprié de transmission, de l'électrode mobile par rapport à l'électrode fixe. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront mieux de la description qui suit. Pour fixer ltobjet de l'invention, sans cependant le limiter, l'unique figure du dessin annexé illustre, de manière schématique, une installation de production d'hydrogène et d'oxygène faisant application du procédé revendiqué. Dans cet exemple d'application, l'installation comprend une éolienne désignée dans son ensemble par la référence 1 et constituée, de manière connue en soi, par une roue à pales de grande envergure la montée à l'extrémité supérieure d'un pyltne lb. Cette éolienne actionne à l'aide de toute transmission appropriée, hydraulique ou mécanique, une génératrice électrique 2 constituée par une dynamo. La vitesse de rotation du rotor de la dynamo 2 est proportionnelle à la vitesse de rotation de la roue à pales la de l'éolienne. Les bornes 2a - 2b de la dynamo sont reliées, au moyen de conducteurs convenables 3a - 3b, à des électrodes, respectivement 4a 4b, logées dans la cuve à électrolyse 5. L'une desdites électrodes (électrode 4a) est fixe, tandis que la seconde (électrode 4b) peut titre éloignée ou rapprochée de l'élec trode -fixe. On comprend qu'en éloignant ou en rapprochant l'électrode mobile de l'*lectrode fixe, on augmente ou on réduit la résistance du circuit de charge dans lequel dFbitela génératrice électrique. Par conséquent, il suffit d'augmenter la résistance du circuit de charge pour ralentir la vitesse de rotation du rotor de la dynamo et de réduire cette résistance pour obtenir le résultat inverse. L'installation selon l'invention comprend donc des moyens permet- tant d'augmenter la résistance du circuit de charge lorsque la force du vent augmente au-delà d'une valeur moyenne prédéterminée et de réduire la résistance du circuit de charge lorsque la force du vent dUcroSt en-deça de ladite valeur moyenne prédéterminée. On obtient, de la sorte, une régulation de la vitesse de rotation du rotor de la génératrice qui reste constante tandis que reste également constante la vitesse de rotation de l'éolienne. Dans l'application illustrée, les moyens permettant d'augmenter ou de réduire la résistance du circuit de charge en fonction de la force du vent comprennent un dispositif sensible aux variations de la vitesse de rotation de l'éolienne et des moyens aptes à faire varier la résistance du circuit de charge dans lequel débite la génératrice, sous l'influence dudit dispositif. Ce dispositif comprend une, ou, de préférence, deux masselottes 6 reliées, chacune, au moyen d'une bielle articulée 2, à un arbre 8 entraîné en rotation,au moyen de toute transmission convenable, par la roue à pales la de l'éolienne 1. Chaque masselotte 6 est, d'autre part, reliée à un coulisseau 9, au moyen d'une seconde bielle articulée 10, ledit coulisseau pouvant se déplacer sur une glissière fixe 11. Les bielles 7 et 10 constituent un parallélogramme articulé dont les deux angles libres opposés portent, chacun, une masselotte 6. La glissière 11 porte différents contacts superposés ou successivement disposés, dont au moins un contact supérieur ou extrtme "maximum" 12 correspondant à la force maximum de vent tolérable et au moins un contact inférieur ou extr & e "minimum" 13 correspondant à la force de vent la plus faible. Au-dessus du contact "maximum" peut encore être disposé un contact de sécurité 14 arrêtant le fonctionnement de l'éolienne en cas de rafales de vent trop fortes, par exemple en ouvrant le circuit d'alimentation des électro-aimants maintenant les pales face au vent, lesdites pales pouvant alors s'effacer et se placer en drapeau parallèlement au vent. Les moyens aptes à faire varier la résistance du circuit de charge comprennent un dispositif variateur, par exemple constitué par un variateur synchrone 15 commandé par les contacts disposés sur la glissière 11. Ce variateur permet, au moyen de tout dispositif de transmission approprié dont l'illustration schématique est désignée par la référence 16, de déplacer l'électrode mobile 4b pour l'éloigner ou la rapprocher de l'électrode fixe 4a. Le fonctionnement de cette installation se conçoit aisément après la description qui précède. Lorsque la force du vent augmente, la vitesse de rotation de l'éolienne croit et la vitesse de rotation de l'arbre 8 portant les masselottes 6 augmente proportionnellement. La force centrifuge tend à écarter lesdites masselottes, ce qui provoque un mouvement ascendant du coulisseau 9 sur la glissière 11. Au cours de son mouvement ascendant, le coulisseau 9 actionne un ou plusieurs contacts disposés en succession sur la glissière 11 et commandant la mise en marche et l'arrtt du variateur 15 lequel assure l'éloignement de l'électrode mobile 4b de l'électrode fixe 4a, suivant une distance déterminée par le ou les contacts actionnés. Comme indiqué précédemment, on augmente ainsi la résistance du circuit de charge dans lequel débite la génératrice électrique, ce qui a pour effet de ralentir la vitesse de rotation du rotor de ladite génératrice et, par conséquent, également celle de l'é- olienne. Si la force du vent atteint une valeur critique, les masselottes occupent une position d t cartement maximum correspondant à une position haute maximum du coulisseau dans laquelle ce dernier actionne le contact de sécurité arrttant le fonctionnement de l'do- lienne. Lorsque la force du vent décrort, l'installation fonctionne de manière inverse. On comprend que le procédé et l'installation qui viennent autre exposés pourFne application avantageuse à la production d'hydrogène et d'oxygène, sont également utilisables pour une production de chaleur. Il suffit en effet, dans ce cas, de relier les contacts disposés sur la glissière 11 à des rhéostats ou résistances réglables non- tés sur le circuit de chauffage. Il ne parant pas utile de décrire en détail une telle adaptation qui ne présente aucune difficulté particulière. L'intérêt et les avantages du procédé et de l'installation selon l'invention ressortent bien de la description qui précède. R E V E N D I C A T I O N S 1. - procédé de régulation de la vitesse de rotation des éoliennes utilisées pour la production énergie et comportant une gé nératrice électrique telle qu'une dynamo actionnée par une éolienne, caractérisé en ce qu'on fait varier la résistance du circuit de charge dans lequel débite la génératrice, proportionnellement à la force du vent, pour obtenir une régulation de la vitesse de rotation du rotor de ladite génératrice et, par conséquent, une régulation de la vitesse de rotation de la roue à pales de ladite éolienne. 2. - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on augmente la résistance du circuit de charge lorsque la force du vent croit au-delà d'une valeur moyenne prédéterminée et en ce qu'on réduit ladite résistance lorsque la force du vent décrort en deça de ladite valeur. 3. - Procédé de régulation de la vitesse de rotation des éoliennes utilisées pour la production d'énergie, appliqué à la production d'hydrogène et d'oxygène par électrolyse, selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la variation de la résistance du circuit de charge dans lequel débite la génératrice électrique est obtenue par variation de l'écartement des électrodes logées dans la cuve à électrolyse. 4, - Procédé de régulation de la vitesse de rotation des éoliennes utilisées pour la production d'énergie, appliqué à la production de chaleur, selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la variation de la résistance du circuit de charge est obtenue au moyen de rhéostats ou résistances règlables disposés dans le circuit de chauffage. 5. - Installation de régulation de la vitesse de rotation des éoliennes utilisées pour la production d'énergie et comportant une génératrice électrique telle qu'une dynamo actionnée par une éolienne, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens permettant d'augmenter la résistance du circuit de charge lorsque la force du vent augmente au-delà d'une valeur moyenne prédéterminée, et de réduire ladite résistance lorsque la force du vent décrolt en deça de ladite valeur. 6. - Installation de régulation de la vitesse de rotation des éoliennes utilisées pour la production d'énergie selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif sensible aux variations de la vitesse de rotation de la roue à pales de l'éolienne, ledit dispositif comportant des organes de commande des moyens permettant de faire varier la résistance du circuit de charge dans lequel débitera génératrice. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit dispositif comprend une ou, de préférence, deux masselottes reliées, chacune, au moyen d'une bielle articulée, à un arbre en traSné en rotation , au moyen de toute transmission appropriée, par la roue à pales de l'éolienne, lesdites masselottes étant, d'autre part, reliées, au moyen d'une seconde bielle articulée, à un coulisseau se déplaçant sur une glissière fixe portant les contacts de commande des moyens aptes à faire varier la résistance du circuit de charge dans lequel débite la génératrice. 8. - Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite glissière fixe porte également un contact de sécurité actionné par ledit coulisseau lorsque la force du vent atteint une force critique. 9. - Installation de régulation de la vitesse de rotation des éoliennes utilisées pour la production d'*nergie, appliquée à la production d'hydrogène et d'oxygène par électrolyse selon le procédé de la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens aptes à faire varier la résistance du circuit de charge dans lequel débite la génératrice électrique sont constitués par un variateur synchrone permettant le rapprochement ou l'éloignement, au moyen de tout dispositif approprié de transmission, de l'électrode mobile par rapport à l'électrode fixe logées dans la cuve à électrolyse. 10. - Installation de régulation de la vitesse de rotation des éoliennes utilisées pour la production d'énergie, appliquée à la production de chaleur selon le procédé de la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens aptes à faire varier la résistance du circuit de charge dans lequel débite la génératrice électrique, sont constitués par des rhéostats ou résistances réglables disposées dans le circuit de chauffage.