Brevet FR2840962A1 — publié le 20031219

calage audit moteur a combustion interne. 1 2840962 La presente invention concerne un dispositif orientable constitue d'un panneau de harres perinetrant de porer les suppotts, fixes par rapport au panneau, des axes de nombreuses roues d'eoliennes. Wile concerne aussi les parties composant ce dispositif. L' invention releve des equipements permettant la production d'energie et en particulier des equipements permettant de recuperer l'energie du vent en produisant ainsi de l'energie hydraulique ou essentiellei-nert de lelectricite. Wile s'applique essertiellement a la realisation d'unites eoliennes flottantes et en nar.iculier en mer, de puissance de quelques centaines de kilowatts ou quelques megawatts, mais elle peut egalement s'appliquer a la realisation d'unites eoliennes a terre. La volonte de produire au moindre cout de l'electricite a nartir du vent a conduit a construire des eoliennes toujours plus grandest Wiles vent installees sur des poteaux. L'optimisation de telles eoliennes conduit aujourd'hui a des pales qui peuvent atteindre cinquante metres de Ton$. Le calcul de telles pales est delicat et les vibrations q-ui y s apparaissent obligent a la mise en reuvre de techniques couteuses T)e meme; la fabrication; le transport et le montage de ces grandes eoliennes coute fort cher d'autant plus que, toujours pour supprimer les vibrations, les mats et les aubes doivent etre particulierement rigides. De pi-us, la feaction de rejet des populations avoisinantes face au bit genere par les eoliennes et a modification du paysage qu'elles engendrent pousse a delocaliser les eoliennes en men Mais la necessite d'eviter des mouvements mal controles au niveau de l'axe de l'eolienne conduisent a ne pas construire d'eoliennes flottantes mais plutot, si l'on veut faire de l'eolien en mer, a les fonder sur des massifs irorferges. La i-ealisation d'ensembles eoliens flottants a fait ltobiet de diverges propositions plus ou moins anciennes: il y a plus de vingt ens, on avait propose un panneau d'eoliennes portees par un flotteur quille qui rentrait profondement dans la men Ce procede qui etait assez seduisant cozduit a des voluines de flotteurs et a des masses de quilles trs imporants. De plus, le panneau d'eoliennes qu'il suF>porte ne peut 8tre maintenu perpendiculaire au vent. Plus recemment, un brevet public: WO 01/98654 propose un mode de realisation d'un ensemble flottant de grandes eoliennes dans lesquelles des mats analogues aux mats des eoliennes a terre vent relies par d'enonnes es organises en hilets. C:e procde n'est adapte qu'a des plans d'eau sur lesquels les vagues restent petites mais conduirait a des dimensions tres couteuses dans des sites ou il peut y avoir des houles profondes, c'est-a dire dans la plupart des sites marine. Or, le principe de remplacer de grandes eoliennes par des parueaux d'eoliees beaucoup plus petites est particulierement irteressant si l'on n'a 2 2840962 pas a regler le probleme de ['orientation de chaque eolienne et si l'on a trouve une solution avantageuse au problere de ['orientation generale du palmeau. Ti conduit en effet a une diminution des couts de fabrication aussi bien des roues o,ue des dispositifs de conversion de l'energie qui peuvent etre fabriques en eerie. Ce principe a d'ailleurs fait ['objet de diverges publications et a ete decrit dans bon nombre de brevets dont certains tres anciens. La presente invention consiste en un mode particulierement avantageux de mise en aeu-vre et de realisation diun panneau deoliees fiottant. La presence de petites eoliennes ! O sur ce panneau fait qu'il est acceptable que ce panneau ait des mouvements a,ui permettent de suivre les ondulations de la houle. Le dispositif de la presente invention (figure 1) comporte un > (1) realise en utilisant un assemblage de barres (2), ces barres pouvant avantageusement etre soit des tubes eventuellernent haubanes pour augmenter leur resistance au flambement, soit des poutres treillis Ce panneau eolien est 1S supporte par une structure porteuse (3) avantageusement constituee de deux poutres (4) et (5) qui se rejoignent a ['avant et sur lesquelles le panneau est fixe. I1 peut etre fixe aussi bien a liarriere des poutre qu;aux deux tiers de leur longueur a partir de lia-vant ou plus generalement en tout point tel que ['orientation du dispositif se fasse le plus natu.rellement possible. La skucture porteuse repose sur kois flotteurs (6) dans le cas d'une installation o flottante et, dans le cas d'une installation a terre, sur trots equipages roulants reposant sur ue piste ou un rail circulaire. Dans les deux cas (en mer et a terre), la presente invention nermet aux panneaux de s'orienter naturellement ou d'etre orientes perpendiculairement au vent. Dans la version marine de la presente invention, le panneau eolien se dispose perpendiculairement au vent par le simple fait que l' avant de la skucture porteuse comporte u dispositif qui le lie au -d par l'intermediaire d'un cable (compose eventuellement de E,lusieurs elements) qui empeche le dispositif de partir a la derive et sert a kansporter l'eleckicite produite jusqu'au point d'ancrage fxe d'ou elle peut etre emmenees a terre. Dans la version terrestre de ['invention, la mise en position est commandee par au moins un moteur actionnant au moins une roue et un automatisme so utilisant les informations d'un capteur de direction du vent a partir desquels on oriente le panneau. On remarquera d'ailleurs que cette solution a l'avantage de permetke la > de ['ensemble du panneau en cas de previsions de vents particulierement forts. 3 2840962 Le > (1) qui est avantageusement et globalement plat est constitue d'une skucture treillis avantageusement tetraedrique aux naeuds de laquelle vent fixes les axes horizontaux des rotors d'eoliennes, axes qui vent approximativement perpendiculaires au plan du panneau eolien. Diverses dispositions vent possibles: soit tous les rotors vent installes sur les naeuds aval (figure 1), soit ils vent tous installes sur les nccuds amont (figure 4a), ce qui a l'avantage d'eviter aux aubes des rotors de subir l'effet des sillages des barres de la structure, soit on peut utiliser a la fois les ou des naeuds amont et les ou des naeuds aval pour supporter les axes de rotors (figure 4b). La meilleure solution depend du type de rotor choisi. La presente invention couvre egalement une structure de panneau o eolien dans laquelle les axes de rotors seraient fixes non pas sur les naeuds de la structure tetraedrique mais aux points de concours de barres additionnelles (7) formant des pyramides dont les kois arretes partent des nuds de la structure du panneau eolien. La figure 3 est une vue en perspective de quelques barres d'un plan de barres avant ou arriere du > et des barres additionnelles concourantes formant aretes de s pyramide qui vent attachees aux naeuds des plans avant ou arriere du >. Cette disposition est utile pour certains types de roues. La > (3) est avantageusement constituee de deux poutres treillis (4 et 5) se rejoignant. Mais elle peut comporter une troisieme poutre joignant les arrieres (ou des points situes plutot a l'arriere) des poutres principales. Les poutres (4 et 5) peuvent egalement etre constituees par des tubes de gros diametre raidis par des systemes de type hauban (figure 4b). Le > est avantageusement empeche de somber en avant ou en arriere par des dispositifs (8) attaches a l 'avant et eventuellement a l'arriere des poutres ou en un point judicieux de celles-ci. Ces dispositifs peuvent 8tre des cables tendus (8 figure :5 2), des poutres treillis ou des tubes proteges du flambement par un systeme de haubanage (8 figure 4a et 4b). Dans une version terrestre de ['invention (figure 4b), la > repose sur une piste circulaire (9) sur laquelle elle roule par l'intermediaire de roues ou d'equipages a roues (10). L'energie produite par les eoliennes est emmenee par un cable ou une conduite soit munie d'un joint tournant soit simplement souple, situe approximativement au centre de la piste et assurant le raccord entre le systeme d' ensemble mobile et le reseau fixe de transport de l'electricite. Dans la version marine, le probleme est plus delicat vu que les mouvements de ['ensemble ne vent pas commandes mais subis et que, du fait de la succession d'accalmies et de vents de force et de direction variables, le 4 2840962 cable d'ancrage (17) risque de s'accrocher au fond et de faire des nceuds. L'invention prevoit done d'attacher le dispositif a un point d'ancrage place un peu au dessus du fond et fixe sur un bloc d'ancrage, au fond. Cette attache se fait par le biais d'un cable ou de tout autre dispositif equivalent. Ce cable est maintenu tendu par un enrouleur (11) libre en direction du fait d'un axe (12) et qui maintient sur le cable (18) une force determinee grace a un systeme actif avantageusement constitue d'un motoreducteur, ou mieux, d'un systeme hydraulique a verins alternatifs (13) ou de tout autre dispositif connu. De cette facon, le cable d'ancrage est touj ours tendu et ne touche jamais le fond. L' invention, sans exclure d'autres solutions, prevoit un tambour enrouleur (14) dont la largeur n'est que peu o superieure au diametre du cable, cela pour eviter les efforts locaux ponctuels sur le cable dus aux recouvrements de nappes successives enroulees sur un tambour large. Dans cette version marine, plusieurs raccords electriques tournants, permettent de transmette l telectricite jusqu'au bloc d' ancrage. L' invention prevoit en particulier, pour eviter toute torsion du cable d'ancrage et de transport de l'electricite, un accrochage particulier au point d'ancrage. Cet accrochage particulier est constitue d'une articulation munie de raccords tournants a butees a billes, rouleaux ou aiguilles installes dans une enceinte etanche munie des joints necessaires. Les flotteurs (6) vent avantageusement constitues de trimarans ou catamarans (figures 1 et 6). Cette disposition, bien que n'etant pas indispensable permet de situer les o articulations d'appui (17) de la > sur les flotteurs au dessus de la surface de l'eau ce qui facilite leur entretien. De meme, flotteurs ou coques des flotteurs ont avantageusement une forme longue et effilee a l'arriere de sorte qu'ils s'orientent plus facilement dans le sens du courant. Ils peuvent meme etre munis d'un empennage arriere immerge. L' orientation des flotteurs dans le sens du courant favorise la bonne disposition du panneau eolien dans le cas ou vent et courant n'ont pas la meme direction. L'articulation qui attache les flotteurs aux poutres est de tvpe rotule et peut par exemple etre realisee (figure 7) avec une noix de cardan dont une des fourches peut tourner autour d'un axe perpendiculaire au pont du flotteur. La figure 1 est une vue d'ensemble du dispositif. La figure 2 detaille la structure du panneau eolien dans un cas simple. Les figures 3a et 3b indiquent comment peuvent etre disposees les barres concourantes additionnelles formant arretes de pyramide qui peuvent etre fixees sur les naeuds des faces avant et ou arriere du >. Les figures 4a et 4b representent plusieurs solutions, parmi les solutions possibles. La figure 5 represente s 2840962 le dispositif enrouleur de cable. La figure 6 represente un catamaran qui peut etre utilise comme flotteur et les barres qui permettent de tenir la rotule d'appui sur le flotteur. La fgure 7 represente une rotule du raccordement poutre- flotteur. La figure 8 montre les capots (15) qui couvrent la fixation des supports de rotors. L'invention peut 8tre realisee de la facon suivante: Le panneau d' eoliennes est construit avec des tubes d' acier de 400 millimetres de diametre et de 5 a 8 millimetres d'epaisseur dont certains (les plus sollicites en compression) vent raidis par un haubanage. Le panneau a une forme de simple trapeze o (comme indique sur la figure 1. La forme en simple trapeze, tout en limitant les dimensions de la > en evitant d'eloigner trop ses poutres, permet d'avoir une plus grande largeur en haut a l'endroit ou le vent est le plus important. Les axes de rotors vent portes par deux paliers, l'un place dans le V forme par les barres superieures, I'autre attache a une tole perpendiculaire a l'axe des roues fixee elle s m8me sur les barres. Des capots (15) en forme d'ogives ou de cones vent places autour de ['axe, fixes aux barres. Les rotors vent des rotors classiques d'eolienne. Ils entrainent chacun une pompe hydraulique a cylindree variable, de cylindree regulee, qui re,coit l'huile d'un ou de reseaux basse pression et la renvoie dans un ou des reseaux haute pression. Le ou les reseaux haute pression alimentent un ou des moteurs hydrauliques faisant tourner un ou des alternateurs dits >. Une autre facon de realiser ['invention est de faire entra^ner directement ou par l'intermediaire de reducteurs et ou de variateurs un ou des alternateurs produisant des courants electriques que l'on regroupe. Les poutres vent realisees en treillis de section triangulaire analogue aux treillis des fleches de "rues de chantier, la face horizontale etant avantageusement placee au dessus. Des liaisons rotules attachees aux nccuds (figure 6), constituees de cardans (figure 7), raccordent les flotteurs aux poutres. A ['avant des poutres, de la fa,con indiquee par la figure 5, un systeme de barres tient une sorte de fourche qui tient la bobine ou s'enroule le cable. La bobine accumule le cable lorsque la force sur le cable diminue. Wile est actionnee par des verins fonctionnant en sequence, agissant sur des ergots places a la peripherie de la bobine enrouleuse. Les moteurs hydrauliques et les alternateurs qu'ils entranent vent situes dans une salle des machines (16) installee a l' avant des poutres. On peut en effet remarquer que lorsque le vent souffle, il tend a soulever le flotteur avant et de ce fait, il n'y a que des avantages a charger l' avant des poutres 6 2840962 L'application industrielle de ltinvention est immediate dans la mesure ou, comme on l'a dit plus haut, on cherche actuellement des solutions pour installer des eoliennes en mer et ou il semble, d'apres des estimations previsionnelles, qu'un dispositif de quatre s megawatts construit selon ['invention serait nettement moins couteux qu'une eolienne offshore actuelle. D'un autre cot6, dans de nombreux pays du tiers-monde, une installation du type terrestre objet de ['invention a un interet particulier du fait de sa fiabilite et de la possibilite de la > facilement ainsi que de la facilite qu'il y a a la construire localement. t 7 2840962 REVENDICATIONS l) Dispositif orientable constitue: d'un panneau (1) de barres (2) appele > permettant de porter les paliers d'axes, fixes par rapport au panneau, de nombreux rotors d' eoliennes, d' un element appele > (3), d' elements appeles > (6) qui peuvent dans la version terrestre etre remplaces par des equipages a roues (10), eventuellement d'un element enrouleur de cable (13) et d'un mode d'attache des elements entre eux, caracterise en ce que le > est constitue par une structure treillis dont certains nceuds portent les paliers d'axes des rotors d'eoliennes soit o directement soit par l'intermediaire de barres additionnelles concourantes (7) 2) Dispositif selon la revendication 1 caracterise en ce que la structure treillis du > est constituee de barres formant aretes de tetracdres dont les sommets vent dans deux plans que l'on peut appeler avant et arriere 3) Dispositif selon la revendication 1 caracterise en ce que les barres constituent la structure treillis vent soit des poutres treillis, soit des tubes eventuellement raidis par un systeme de type haubans 4) Dispositif se lon la revendication 1 caracteri se en ce que le panneau a une forme en simple trapeze moins large en teas quten haut de sorte que les points d'attache a la structure porteuse soient assez mais pas trop eloignes l'un de l'autre 5) Dispositif selon la revendication l caracterise en ce que la structure porteuse est constituee de deux poutres se rejoignant a ['avant et s'ecartant vers l'arriere 6) Dispositif selon la revendication l caracterise en ce que les poutres de la structure porteuse vent soit des poutres treillis, avantageusement de section triangulaire, soit des tubes eventuellement raidis par un systeme de genre haubanage :5 7) Dispositif selon la revendication 1 caracterise en ce que les dispositifs empechant de basculer le panneau eolien vent des cables ou des poutres treillis ou des tubes eventuellement raidis par des systemes de type haubans 8) Dispositif selon la revendication l caracterise en ce que les trots points d'appoi sur lesquels reposent les poutres du dispositif vent soit des equipages a roues soit des flotteurs so fixes a la structure porteuse par une liaison rotule 9) Dispositif selon la revendication l caracterise en ce que les flotteurs ou les coques qui les composent ont une forme effilee en arriere et/ou eventuellement un empennage immerge de sorte qu'ils s'orientent naturellement dans le sens du courant 8 2840962 ) Dispositif selon la revendication 1 caracterise en ce que les trots flotteurs vent des trimarans ou des catamarans 11) Dispositif selon la revendication 1 caracterise en ce que l'energie recuperee par chaque rotor d'eolienne sous forme electrique ou hydraulique est regroupee jusqu'a un point s central 12) Dispositif selon la revendication 1 caracterise en ce que la rotation de chaque rotor fournit de l'huile sous pression par le biais d'une pompe hydraulique a cylindree variable regulee, huile qui est poussee dans un circuit general haute pression qui debite dans un ou quelques moteurs hydrauliques entranant un ou quelques alternateurs centraux o 13) Dispositif selon la revendication 1 caracterise en ce que les roues eoliennes entranent chacune directement ou par le biais d'un dispositif de variation et de multiplication mecanique de vitesse, un alternateur 14) Dispositif selon la revendication 1 caracterise en ce que ['ensemble s'il est flottant est empeche de paTtir a la derive par un dispositif du type cable ou equivalent reliant le s systeme a un point fixe proche du fond servant d'ancrage ) Dispositif selon la revendication 1 caracterise en ce que le cable est enroule sur une bobine qui exerce sur lui une force de rappel determinee 16) Dispositif selon la revendication 1 caracterise en ce que le cable est articule au point fixe proche du fond servant d'ancrage, de sorte qu'il puisse tourner dans toutes les