Brevet FR2346573A1 — publié le 19771028

L'invention se rapporte à un procédé pour le captage, le stockage et la distribution de l'Energie Eolienne. Dans l'état actuel de la technique, le rendement d'un barrage hydro-électrique situé sur un cours d'eau est limité par le débit de ce cours d'eau. Par conséquent, la construction d'un barrage ne se justifie que si le débit du cours d 'eau s ty rapportant est valable en regard du coùt de construction dudit barrage. Partant de cet état de choses l'énergie dispensée par les cours d'eau n'est utilisée que dans de faibles prportions L'utilisation de l'énergie nucléaire étant coûteuse et trés dangereuse en cas d'incident de fonctionnement et surtout de guerre ou d'émeutes.Les ressources en pétrole et en charbon connues n'étant pas inépuisables, l'utilisation de ces produits dans la chimie ne permet plus de les gaspiller pour de l'énergie qui nous est d'ailleurs largement dispensés dans la nature en touts points du globe L'énergie des vents n'a jusqu'à présent représenté qu'une part infime des ressources exploitées par l'hommoe sans doute à cause de son caractère temporaire sporadique ou saisonnier De plus, sa puissance peut varier dans le temps et dans de grandes proportions. On connait le procédé suivant lequel le vent entrains une hélice à pas fin sur l'arbre de la quelle est montée une dynamo dont le courant produit irrégulièrement sert à rechar ger des batteries d'acnsulateurs. On connait le procédé suivant lequel une hélice à pas fixe entraine de la même manière un alternateur dont le courant redressé par un transformateur recharge des batterias d'accumulateurs. On connait le procédé suivant lequel une hélice à pas variable entraine un alternateur produisant un courant utilisé directe ment pour accumuler de l'énergie par pompage d'eau et mise en charge dans un réservoir. On connait le procédé suivant lequel l'hélice entraîne une pompe qui refoule l'eau dans un réservoir en charge aux fins de consommation. On connait un procédé d'accumulation de l'énergie eolienne par entraînement à l'aide d'une hélice d'un compresseur d'air débitant sur des bouteilles dont la pression est utilisée dans une machine pneumatique entrainant un alternateur. On connait encore le procédé suivant lequel l'hélice entraine une pompe refoulant un liquide dans un réservoir en charge d@@quel, es descendant il entraîne une machine hydraulique produisant de l'électricité et où il est ensuite repompé en circuit fermé. TOUS ces procédés ne sont réalisables et rentables qu'à titre artisanal car il serait coûteux a realiser a ltechelle industrielle et encore plus à l'ecelle d'un pays De plus leur rendement est soit irrégulier soit faible, leur moyens de stockage étant limité par le volume et le prix de revient de leur capacités. La présente invention se propose de fournir un procédé complet permettant le captage, le stockage illimité et la distribution jusqu @à l'usager particulier de l'énergie eolienne sans aucune perte d d'énergie à partir d'une hélice entrainant une génératrice ou une dynamo ou un alternateur dont le courant électrique pro duit sert à entrainer soit un groupe moto-pompe nuisant l'eau en aval d'une station hydro-électrique actionnée par un barrage pour la refouler dans la réserve du barrage.dont on augmente ainsi ie rendement, soit alimenter une station d'électrolyse de l'eau servant à fabriquer de l'hydrogène suivant un procédé connu, ce gaz est destiné à alimenter des moteurs thermiques soit encore , si les conditions sont favorables, débiter directement du couraut sur le réseau de distribution. L'énergie domestique sous forme d'électricité sera pour longtemps encore la formule idéale. La pollution atmosphérique par les foyers de chauffage pourrait être supprimée si l'énergie électrique était compétitive au point de vue prix de revient Pour l'automobile et les moteurs thermiques, le carburant de l'avenir semble être l'hydrogène ; la mise au point de ce genre de moteur étant à l'époque actuelle imminente, dès que nette technique entrera en service, il conviendra de commercialiser l'hydrogène carburant dans des bouteilles ou des containers spéciaux adaptés à l'automobile et ou à tous moteurs mobiles Sa description de ces emballages ne fait pas partie du présent document. La présente invention propose donc un procédé permettant l'utilisation de l'énergie des vents et son stockage illimité dans les domaines de l'électricité et de l'hydrogène carburant ou gaz domestique. Par cette inventIon es inconvénients relatifs au caractère saisonnier ou temporaire de l'energie eolienne sont supprimés. Le procédé objet de la présente invention se compose d'un groupe aero-électrogène PL I. FIG I. composé d'une ou plusieurs hélice I à pas fixe ou variable munie ou non d'un système de dégivrage connu en aéronautique. Cette hélice entraine un ou plusieurs alternateurs 2 le courant ainsi produit passe par une couronne 48 permettant la rotation Su groupe autour de son axe suivant la direction du vent. Lecourant ainsi produit est maintenu constant par un régulateur 7 agissant sur le pas de 1 hélice I . Il est ensuite acheminé sous haute tension par une lige 4 vers le lieu d'utilisation qui qui peut être une ou des moto-pompes 5 puisant l'eau 6 à la sorti tie des turbines 7 de la centrale hydro-électrique et la rejetan en amont du barrage 8 de façon à augmenter son rendement. Lorsqrxa le barrage est plein, un dispositif de contrôle du @iveau 9 déclenche un contacteur inverseur 10 qui envoie le courant rant de la ligne 4 sur la ligne 11 vers uns station de décomposition de l'eau par électrolyse 12 dont le procédé est déja con@u. L'hydrogène ainsi fabrique pourra être avantageusement utilisé soit comme gaz soit comme carburant dans les moteurs à combustion internes dits thermiques et principalement les moteurs mobiles. A son entrée dans la station 12 le courant traverse un conjoncteur-disjoncteur à grande puissance 13 quirlorsque la tension dépasse le seuil du réseau de distribution oriente le courant de la ligne Il wers le réseau de distribution 14. Suivant ce procédé il n'y a aucune perte de l'énergie captée. Si la tension sur le réseau 14 est forte, le dispositif de régulation du réseau va agir sur les turbines 7 de la centrale et l'eau accumulée derrière le barrage 8 sera économisée. Si la saison procure de l'eau en abondance, le courant en provenance de la ligne 4 sera utilisé dans la station I2 s'il est faible et @@ s'il est fort. Si l'eau manque, la totalité du courant sera utilisée pour remplir le barrage 8 ou tout au moins assurer le plus fort rendement possible.Si le niveau dans le barrage est normal et que le vent soit fort la tension sera élevée, nne partie du courant provenant du contacteur 10 sera deviée vers le réseau par le conjoncteur 13 le reste ira à la station I2 La figure 1 Planche 11 est un shéma montrant la coordination des appareils 3 9 , 10 et I3 lorsque le barrage est an dessous de son niveau normal , la figure 2 Planche 11 montre la même coordination lorsque le barrage est plein, Le fonctionnement est le suivant :Fig. 1 Pl 11 on porte en O x la vitesse de rotation du groupe aero-électrogène 2 ce qui revient à dire la tension. On porte en Oy le vecteur temps. la courbe aa' représente la vitesse du vent pendant un laps de temps donné elle est nulle en a, elle augmente jusqu'en I7 pour redevenir nulle en a' @Jusqu'en 18 le groupe aero-électrogène 2 acqiert la vitesse d'amorçage I8 le courant est orienté sur la station 12 car il est encore faible, en 19 la tension est suf- fisante pour entrainer le pompage 5. le pompage est maximum en17 en 21 la tension n'est plus suffisante pour le pompage et, jusqu'en 2?, le courant n'alimente plus que la station 12. Bans le cas présent, la totalité du courant représentée par la figure I dans le quadrilatère 20-19-21-23 s'ajoute à la quantité de courant shématiquement comprise dans lae périmètre 19-17-21 Dans le as suivant FIS 2 le barrage 8 est supposé plein La courbe bb' représente la vitesse du vent variant dans le temps;en ox , la vitesse de rotation du groupe 2 traduisant la tension . En oy, le vecteur temps . La vitesse du vent prend naissance en b .Jusqu'en 25 le groupe aer@-électro- gène 2 acquiert sa vitesse d'amorçage, du point 25 au point 26 la tension est faible ilest alors orienté sur la station I2 dont le fonctionnement est proportionnel à la tension fournie .Du point 26 au point 27 lecourant est orienté en totalité sur le réseau de distribution. En effet, au point 26 la tension est suffisante pour alimenter le secteur car elle dépasse le seuil de déclanchement du conjoncteur 13. Au point ## 2T la force du vent est telle que la tension agit encore sur le conjoncteur-disjoncteur 13 et le surplus de courant compris dans le périmètre 27-28-29 va à la station I2 En 29 le vent ayant diminué, le conjonctueur 13 coupe le circuit de la station I2 et le courant n'alimente plus que le secteur, tu point 30 la tension ayant à nouveau diminué, elle est devenue inférieure au serm de maintient du conjoncteur 13 La totalité du courant fourni à partir du point 30 est dirigée sur la station 12 jusqu'au moment 31 point où cesse l'amor çage du groupe aero-électrogène 2.La vitesse du vent redevient alors complètement nulle en b'. Suivant le shéma de la Planche II, on peut établir les différentes quantité d'énergie théoriquement fo@rnies car la courbe du vent peut être etablie d'une façon précise par un anémomètre plaçé dans le champ du groupe aero-électrogène 2 Un appareil enregistreur à répetiteur plaçé dans la chambre de contrôle sur la feuille duquel on trace horizontalement les bases d'amorçage et de déclanchement des appareils 3-2-136 14 c'est à dire du régulateur 3 placé sous le groupe 2 Pl I Fig I , du conjoncteur 13 et de la tension du réseau qui peut être traçée par un stylet séparé sur la même feuille permet de déterminer le rendement théorique de l'ensemble.En effet, Planche II les parties en pointillé représentent la quantité théorique d'hydrogène fabri qué, les parties hachurées horizontalement représentent la quantité d'eau théoriquement repompée dans le barrage, les parties hachurées chliques représentent la quantité théoriques d'élentricité transmise au réseau.Par comparaison avec un comptage on pourra verifier le rendement réel de l'installation Dans ce but les feuilles de lecture de lenregistreur anemomètri que seront munies de lignes de niveau de tension 36-37-38 A noter que le régulateur de. tension 3 PI I Fig I agissant sur le pas de l'hélice I assure sa mise en drapeau en cas de vitesse du went dépassant la résistance du pylône 40 supportant le groupe 2 Fig I Planche III.A cet effet ,sur le graphique Planche II la ligne représentée par le niveau 39 correspont à cette mise en drapeau~ Selon una autre réalisation de l'invention le procédé pour le captage,, le stockage et le distribution de l'énergie éolienne peut @re réalisé dans d'autres régions que les montagnes et la méthode de stockage de l'énergie ne consiste plus en un barrage mais l'hydrogène fabriqué est accumulé dans des contai ners spéciaux de différents formats dont les plus petits sont destinés à l'automobile. Toute région favorisée par des vents puissants et relativement fréquents et réguliers comme par exemple les littoraux où la brise de mer souffle en alternance avec la brise de terre pourra être envisagée comme site valable. On construit pour ce faire à l'endroit favorable une centrale de production mixte d'électricité et dthydrogene. Pour cette description on se refèrera à la Planche III. Un massif en béton # 41 comporte au moins trois locaux, il sup porte un pylône 40 portant nne courronne 48 sur laquelle tourne le groupe aero-électrogène 2. Ce groupe 2 est constitué d1un alternateur identique à celui de la première describtion sur l'arbre duquel est fixé une hélice à pas variable I.A partir d'une certaine vitesse le vent fait tourner l'hélice I L'alternateur s'amorçe et le courant produit traverse la couro ne 48 et arrive au régulateur 3e Grâce à un système connu, le régulateur 3 agit par l'intermédiaire d'une servo-commande sur le système de variation de pas de l'hélice I dont le principe est conn@. Au début de la phase de démarrage l'hélice est au plus petit pae, le démarrage est aisé car l'amorçage ne se produit qu'à une certaine vitesse. bis que l'amorçage est réalisé deux possibilités soit la tension demeure faible le pas reste petit, soit la tension augmente rapidement le pas grandit bis lors que le pas change, la tension varie et l'automatisme se réalise, La tension etant régularisée avec une variation sensible c'e 'est le conjoncteur-disjoncteur à grande puissance 13 qui détermine l'utilisation du courant. pas tre sorti du régulateur 13 le courant descend le long du pylône 40 par la ligne 4 jusqu'au @énjoncteur 13 situé dans le local 42. Là, si la tension est forte, le courant est orienté par la ligne 45 sur le réseau 14. Si la tension est faible le courant est envoyé sur la ligne Il vers la station d'électrolyse I2 comprise dans le local 42. L'hydrogène fabriqué est envoyé k travers une conduite isolée au local 43 où se trouvent les containers en cours de remplissage et de stockage. Le troisième local 44 est la chambre de commande et de contrôle où:se tient le person- nel. Le personnel est habilité à effectuer les manutentions et les échanges de bouteilles vides et de bouteilles pleines 49. Il n'est pas necessaire que du personnel soit à demeure en permanence dans chaque station car elles sont conçues pour fonctionner automatiquement. Une équipe d'hommes peut très bien à l'aide d'un véhicule approprié visiter plusieurs stations. La production d'hydrogène est évidemment proportionnelle aur coalitions météorologique niais la faculté de pouvoir stocker autant de gaz que l'on désire ouvre des perspectives interres sante@. L'emploi de l'énergie captée se fait avec ce type de station de la méme façon qu'explicité Planche Il. Le surplus de amurant en eas de grand vent passe à l'électrolyse comme Fig I en 19-17-21 La quantité de courant symbolisée par le quadrilatere 20-19-21-23. va au secteur. Selon une autre réalisation de l'invention l'hélice I est rempla cée par une turbine Planche III Figure 2 qui est encastrée dans un carénage dont la forme est étudiée en s@ufflerie et qui est sucsceptible de donner un meilleur rendement et d'être plus silencieux. na capteurSO dirrige le générateur 5I dans le meilleur sens suivant l'origine du vent, le carénage 52 contient la turbine 53 plaçés au droit de son rétrécissement 54 et derrière la turbine 53 se trouve l'alternateur qui benéficie ainsi d'une protection contre les intempéries. Ce genre 55 de capteur peut en plus être mini à sa sortie d'un manchon for- mant venturi augmentant le rendement par aspiration de l'air à travers la turbine 53. L'avantage de la turbine sur l'hélice permet le montage en direct d'un alternateur à grande vitesse alors que dans ces conditions l'hélice oblige à monter un multiplicateur 56 ep@cycloîdall concentrique de façon à conserver à l'ensemble homogènéité et rigidité mécanique, en mEme temps qu'un meilleur écoulement de l'air autour de l'alternateur qui par la mdme occasion se trouve refroidi par son passage e Planche III Pig3 Dans le cas où l'alternateur est d'un type "à grande vitesse" il et ou sera entrainé par une hélice par nécessité,le réducteur sera alors à plusieurs étages étant donn# qu'un multiplicateur épicycloidal double le mouvement à chaque étage, Pl.III Fig 3 Les possibilités attachées à la présente invention sont inemenses : dans la première version elle permet d'envisager la construction de barrages sur des vallées exposées à des vents réguliers et importants mais dont le débit du cours d'eau n'aurait pas permis à lui seul son amortissement. D'une façon générale on peut augmenter le rendement d'un barrage soit en le faisant fonctionner à 100% du débit des turbines soit en ajoutant une ou plusieurs turbines supplémentaires.Si le site est très venté on peut fort bien installer plusieurs groupes sur le même barrage. flans la seconde realisation l'invention présente un intérêt incontestable car elle permet l'implantation de centrales de production d@énergie à n'importe quel point du territoire et plus particulièrement sur les littoraux présentant ainsi un réel avantage sur le plan de léconomie du transport de l'énergi gie ear ils sont en général éloignés des lieux actuels de production d'énergie électrique. Les avantages attachés au dévelloppement de cette forme d'énergie e résident dans la faculté de standardiser les éléments consti tut de ces stations m!me et y compris les batiments. Ils résident aussi dans les @rès larges possibilités d'implantations car le vent est partout et ces stations n'engendrent aucune nuisance, aueune pollution,aucun danger même en cas de destru ction par fait de guerre ou d'émeute. Appliquée à une echelle régionale ou nationale ou même mondiale elle permet en éliminant les inconvénients connus de l'énergie éolienne d'acquérir une entière autonomie énergétique par ses possibilités de stockage illimité sous des formes immédiatement utilisables par le domestique, 1 'industrie et l'automobile sans aucune pollution à un prix de revient des plus bas. Il va de sal que l'invention ci-dessus ayant été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il reste entendu qu'elle n'y est pas limitée et qu'on peut y apporte diverses modifications de combinaisons, de formes ou de matériaux sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention, I) R E V E N D I C A T I O N S I)Procédé pour le captage, le stockage et la distribution de lémergie éolienne caractérisée par l'emploi d'un ou de plusieur groupes @éro-électrogènes dont le courant produit est utilisé pour repomper l'eau en aval d'un barrage de façon à augmenter son rendement et oe pour fabriquer de l'hydrogène carburant dans des stations d'électrolyse de l'eau et ou alimenter directement le réseau électrique chaque fois que la tension est suffisante. 2)Procédé selon la revendication I caractérisé en ce que le ou les groupes aéro-électrogènes lorsqu'ils ne sont pas placés à proximité dee barrages revent partiellement à fabriquer de l'hydrogène carburant et ou à chaque période de vent important Ils servent à alimenter le réseau électrique de façon à ne rien laisser perdre de l'énergie captée. 3) Procédé selon la revendication I caractérisé en ce que le générateur d'électricité est un alternatur à basse viesse entrainé directement ou indirectement par une ou plusieurs hélices du type aviation. 4) procédé selon la revendication I caractérisé en ce que le générateur d'électricité est un alternateur à grande vitesse en trainé par une turbine ou par une hélice à l'aide d'un multiplicateur épicyclo@dal à un ou plusieurs étages compris@ dans le diamètre de l'alternateur et ne perturbant pas l'écou- lement de l'air autour de celui-ci. 5) pProcédé selon la revendication4 caractérisé en ce que le moyen de captage du vent est une hélice à pas variable munie ou non d'un dispositif de dégivrage ou il peut être constitué par une turbine renfermée dans un carénage muni ou non d'ouies de captage, muni ou non d'un manchon formant venturi, 6) Procédé selon la revendicationI caractérisé en ce que le groupe électrogène comporte un régulateur de tension agissant par un servo-mécanisme sur le dispositif de variation du pas de l'hélice ou sur l'orientation des pales de la turbine de façon à stabiliser le voltage en influant sur la vitesse de rotation du générateur et de façon à provoquer la mise en drapeau de l'hélice ou de la turbine en cas de tempête. R E V E N D I C A T I O N S (suite) T) Procédé selon la revendication I caractérisé en ce que le courant produit est dirigé suivant sa tension vers la station de production d'hydrogène et ou vers le repompage et ou vers le secteur par un conjoncteur-disjoncteur à grande puissance sensible au légères variations de tension résultant de l'action du régulateur de vitesse. 8) Procédé selon la revendication I caractérisé en ce que le courant produit par le ou les groupes aero-électrogènes placés à proximité des barrages est orienté en premier lieu vers la station de repompage de l'eau sortant des turbines hydro-électri quels par un contacteur-invreseur commandé par un flotteur dès que le niveau de l'eau dans le barrage est trop bas ou lorsqu' il prend un sens décroissant. 9) Procédé selon la revendication I caractérisé en ce que les stations de fabrication d'hydrogène sont aménagées pour le stockage Se ce produit dans desw containers spéciaux de toutes tailles dont les plus petits serviront dans l'automobile si ce gaz est choisi pour leur propuldion.