Brevet FR2938306A1 — publié le 20100514

-1- DESCRIPTION DE L'INVENTION Domaine technique de l'invention L'invention est relative à la construction de centrales électriques éoliennes, destinées à être exploitées en mer, là ou le vent est en moyenne plus fort et plus régulier, et là ou les contraintes de voisinage sont les 10 moins pénalisantes. Des solutions d'éoliennes en mer fixées sur des fondations au sol existent déjà et permettent une exploitation jusqu'à environ 50m de profondeur. 15 Compte tenu des caractéristiques géographiques des pays (dont la France) dont les côtes présentent rapidement des fonds de profondeur supérieurs à 50m, il est judicieux de pouvoir disposer d'éoliennes flottantes. 20 Etat de la technique antérieure Plusieurs types d'éoliennes flottantes sont actuellement à l'étude ou en développement : Type Barge flottante : 25 L'éolienne est fixée sur une plate-forme semblable à une embarcation à fond plat, d'où un volume de flottaison essentiellement en surface. L'ensemble est ancré au fond marin par des ancrages souples. 30 L'inconvénient de ce type d'architecture est une grande sensibilité aux vagues et à la houle, induisant des efforts dynamiques importants sur les nacelles éoliennes, incompatibles avec leurs fonctions. Type Flotteur semi-submersible : L'éolienne est installée sur un flotteur conçu pour minimiser la sensibilité à la houle. En effet, une grande partie du corps flottant est située sous l'eau. L'inconvénient de ce type d'architecture est de nécessiter une masse importante de matériaux pour 40 obtenir une bonne stabilité de l'ensemble, ce qui engendre un coût de production difficilement compatible avec sa fonction. Type TLP (Tension Leg Platform) ou � Plate-forme Flottant tendu � : 45 L'éolienne est située sur une plate-forme flottante maintenue au moyen de plusieurs câbles verticaux et rigides, tendus et ancrés dans le fond marin. L'intérêt est de placer l'essentiel de la partie flottante � sous les vagues �, d'où une meilleure stabilité dans la houle. L'inconvénient porte sur le fait que le coût correspondant à la structure et aux ancrages est important et difficilement compatible avec sa fonction. 55 Exposé de l'invention L'invention porte sur une architecture particulière d'éolienne flottante permettant d'améliorer les technologies connues à ce jour. 60 Les perfectionnements concernent particulièrement l'architecture générale de l'ensemble, ainsi que la combinaison de dispositifs particuliers. 35 50 2938306 -2- Selon une caractéristique de l'invention, l'architecture générale est composée d'un aérogénérateur birotor 5 placé sur une structure flottante du type � Flottant tendu � munie d'un flotteur et d'un lest. La structure pivote sur elle-même autour d'un fût fixe situé au dessus de l'eau, afin d'orienter sa partie haute face au vent. L'intérêt du birotor est de mutualiser les éléments de structure et d'ancrage, particulièrement couteux, et par conséquent d'obtenir un coût de production plus avantageux par rapport à une solution mono rotor. Un autre intérêt du birotor est de pouvoir � densifier � la production d'énergie, les rotors devant normalement être éloignés de 3 à 5 fois leur diamètre afin d'éviter les perturbations aérodynamiques émises en aval d'un rotor. II est ainsi possible selon l'invention de produire davantage de puissance électrique pour une superficie d'exploitation donnée, et par conséquent d'obtenir de meilleures performances économiques. Chacun des rotors est placé face au vent, le couple de renversement induit par leur masse permet de contrer le couple généré par la poussée du vent sur les rotors, ce qui permet de réduire avantageusement la taille du lest. Selon une autre caractéristique de l'invention, les rotors sont du type � moyeux oscillants �, caractérisés par une plus grande résistance et par une meilleure réponse aux contraintes dynamiques imposées par l'effet de la houle et des vagues sur les structures. Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux rotors sont contrarotatifs, cette caractéristique étant avantageuse car elle permet d'annuler les efforts gyroscopiques induits sur les structures. Selon une autre caractéristique de l'invention, il suffit d'une légère dissymétrie de traînée d'un rotor par 25 rapport à l'autre pour provoquer un angle de pivotement. Cette caractéristique est particulièrement intéressante car elle autorise le pilotage de l'orientation de la partie haute de l'ensemble, pour la placer face au vent, uniquement en faisant varier différemment le pas des pales des deux rotors. II est alors inutile d'implanter un lourd et couteux dispositif d'orientation mécanique avec moteur et engrenages. 30 Selon une autre caractéristique de l'invention, il suffit d'une légère dissymétrie de traînée d'un rotor par rapport à l'autre pour provoquer un angle de pivotement. Cette caractéristique est particulièrement intéressante car elle autorise le pilotage de l'orientation de la partie haute de l'ensemble, pour la placer face au vent, uniquement en faisant varier le pas des pales d'un des deux rotors. II est alors inutile d'implanter un lourd et couteux dispositif d'orientation mécanique avec moteur et engrenages. 35 Selon une autre caractéristique de l'invention, les rotors sont de type bipales. Cette caractéristique est particulièrement intéressante car elle facilite le transport à l'horizontal de l'aérogénérateur, sur terre et sur mer, par un encombrement moindre. 40 Selon une autre caractéristique de l'invention, l'aérogénérateur pourra être assemblé à terre sur un simple terre plein, puis transporté à terre à l'horizontal à l'aide de chariots jusqu'au quai de mise à l'eau. La mise à l'eau pourra être réalisée en la faisant rouler sur un terrain en pente douce vers la mer, ce qui présente l'avantage de ne pas nécessiter de grue, d'où un gain pratique et économique. 45 Selon une autre caractéristique de l'invention, l'aérogénérateur pourra être remorqué sur l'eau à l'horizontal, portée de façon sûre, stable et peu couteuse par la poussée d'Archimède et par trois simples flotteurs, jusqu'au lieu d'exploitation. Un flotteur porte le lest, deux autres soutiennent chacun les deux nacelles hors de l'eau. Cette solution présente l'avantage de ne pas nécessiter de barge et de grue pour le transport de l'éolienne. 50 Selon une autre caractéristique de l'invention, un système de guides est prévu pour tendre les lignes d'ancrage depuis la surface (16) de la mer. Les câbles d'ancrage passent dans un guide (11) situé dans le mât central puis sont dirigés à la verticale vers la surface (16) en vue de les tendre à l'air libre par un dispositif de guide (12) et de treuil (13). La mise en place de l'aérogénérateur se fait aisément, sans 55 utilisation de grue, en tendant les haubans à l'aide de treuils. On procède ainsi : On passe les lignes d'ancrage dans les guides (11) et (12), On tend les lignes d'ancrage à l'aide du système de treuil (13), On détend simultanément le câble supportant le flotteur (8) relatif au lest (4), 60 On détache les flotteurs (8), (9) et (10) alors inutilisés. Cette solution permet avantageusement d'éviter l'utilisation d'une barge de transport et d'une grue. 2938306 -3- 5 Selon une autre caractéristique de l'invention, si l'on souhaite rapatrier l'aérogénérateur à terre par exemple pour raison de maintenance ou lorsqu'elle atteint sa fin de vie, on procède ainsi : On met en place les flotteurs (8), (9) et (10) utilisés précédemment pour le transport, On détend les lignes d'ancrage à l'aide des treuils (13), 10 On tire avec un câble et un remorqueur le haut de l'aérogénérateur de façon à l'aider à s'incliner et à le coucher vers les flotteurs de transport (9) et (10), On tend simultanément le câble supportant le flotteur (8) relatif au lest (4) afin qu'il le soutienne dès que l'aérogénérateur se penche, On désolidarise les lignes d'ancrage de la structure et on les attache à une bouée afin de les 15 récupérer ultérieurement, On remorque l'aérogénérateur à l'horizontal jusqu'au port, ou il sera prise en charge. Cette solution permet avantageusement d'éviter l'utilisation d'une barge de transport et d'une grue. 20 Selon une autre caractéristique de l'invention, par exemple 9 haubans assurent le maintien de la structure, groupés par exemple par groupes de 3 afin de pouvoir facilement procéder au remplacement d'un hauban, les deux autres du même groupe prenant le relais le temps de l'intervention, évitant ainsi la mise à l'arrêt de l'aérogénérateur défavorable en terme économique. La figurel est une vue de face de l'aérogénérateur birotor placé sur une structure flottante du type � Flottant tendu � munie d'un flotteur et d'un lest. La figure 2 représente le transport à terre de l'aérogénérateur par une grue, par exemple pour sa fabrication. La figure 3 représente le transport à terre de l'aérogénérateur sur des chariots roulant à terre, par exemple pour sa mise à l'eau. La figure 4 représente le transport sur l'eau de l'aérogénérateur à l'horizontal, porté par la poussée d'Archimède et par trois flotteurs, remorqué jusqu'au lieu d'exploitation. La figure 5 représente le système de poulie prévu pour tendre les lignes d'ancrage depuis la surface de la 40 mer. La figure 6 représente la configuration générale de l'ensemble. Application industrielle Les aérogénérateurs selon l'invention pourront constituer des centrales électriques éoliennes offshores de toutes puissances, de configurations linéaires ou concentrées du type � ferme éolienne �. 45 REVENDICATIONS1. Aérogénérateur birotor (1) et (2) caractérisé par le fait que les deux rotors sont placés face au vent sur une structure flottante (3) du type � Flottant tendu � munie d'un flotteur (15) et d'un lest (4). La 10 structure pivote sur elle-même autour d'un fût fixe (17) situé au dessus de l'eau, afin d'orienter sa partie haute face au vent. Il est ainsi possible selon l'invention de produire davantage de puissance électrique pour une superficie d'exploitation donnée et à un moindre coût. 15 2. Aérogénérateur birotor selon la revendication 1 caractérisé en ce que les rotors (1) et (2) sont du type � moyeux oscillants �. 3. Aérogénérateur birotor selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux rotors (1) et (2) sont 20 contrarotatifs. 4. Aérogénérateur birotor selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux rotors (1) et (2) sont à pas variable et que l'on commande l'orientation de la partie haute de l'ensemble par rapport à la 25 direction du vent en faisant varier séparément le pas des rotors. 5. Aérogénérateur birotor selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'un des rotors (1) est à pas fixe et l'autre (2) à pas variable et que l'on commande l'orientation de la partie haute de l'ensemble 30 par rapport à la direction du vent en faisant varier le pas de l'un des deux rotors. 6. Aérogénérateur birotor selon la revendication 1 caractérisé en ce que les rotors (1) et (2) sont de type bipales. 7. Aérogénérateur birotor selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il peut être transporté à terre à l'horizontal à l'aide de chariots (5), (6), (7) jusqu'au quai de mise à l'eau, puis mis à l'eau en le faisant rouler sur un terrain en pente douce vers la mer. 40 8. Aérogénérateur birotor selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il peut être remorqué sur l'eau à l'horizontal, portée par la poussée d'Archimède et par des flotteurs, jusqu'au lieu d'exploitation. Un flotteur (8) porte le lest, deux autres flotteurs (9) et (10) soutiennent respectivement les rotors 45 (1) et (2) hors de l'eau. 9. Aérogénérateur birotor selon la revendication 1 caractérisé en ce que un système de guides (11) et (12) et de treuils (13) est prévu pour tendre et/ou détendre les lignes d'ancrage au dessus de la 50 surface (16) de la mer. 10. Aérogénérateur birotor selon la revendication 1 caractérisé en ce que par exemple 9 haubans (14) assurent le maintien de la structure, groupés par exemple par groupes de 3. 11. Aérogénérateur birotor selon les revendications précédentes isolé ou constituant une centrale éolienne offshore de toute puissance. 35 55 60