Brevet FR2969114A1 — publié le 20120622

BARGE PRODUISANT DE L'ELECTRICITE EOLIENNE ET SOLAIRE AVEC STOCKAGE ET RESTITUTION A LA DEMANDE DE L'ENERGIE PRODUITE PREAMBULE Les principales sources d'énergie gratuites, inépuisables et dont l'exploitation n'entraîne ni pollution ni déchets sont le vent et le rayonnement solaire. En raison des très vastes espaces nécessaires, la production massive d'électricité à partir de ces sources ne peut exister que dans le désert ou la mer. Les panneaux photovoltaïques ont leur place dans certains déserts mais exigent des investissements gigantesques pour des rendements modestes. Quant à l'éolien, les déserts étant éloignés des lieux de consommation, c'est la mer qui est déjà nécessairement choisie et c'est d'elle que viendra dans l'avenir la plus grande partie de l'énergie dont le monde a un besoin croissant. Les étendues maritimes assez éloignées du rivage et assez peu profondes pour permettre 10 d'établir les fondations d'éoliennes fixes avec des nuisances acceptables sont limitées; le Danemark est déjà saturé. Plus au large, des plateformes flottantes portant des éoliennes à axe horizontal sont en projet avancé, mais la hauteur du centre de gravité de ces machines les rend très sensibles aux tempêtes, la dimension de leurs pales et leur vitesse de rotation sont limitées par le 15 « mur du son », l'extrémité des pales approchant la vitesse critique. Les turbulences engendrées nécessitent en outre un important espacement entre ces machines et des plateformes, même de très grandes dimensions, ne pourront porter qu'un petit nombre d'éoliennes de puissance limitée. Quelques projets portent sur des éoliennes flottantes à axe vertical, mais rencontrent une 20 partie des mêmes obstacles et sont limités à peu d'imités largement espacées, d'où le coût inabordable de très grandes plateformes ne portant qu'un petit nombre de machines. La seule solution économiquement viable consisterait à concentrer en extrême, proximité de puissantes éoliennes sur de vastes plateformes flottantes, alors que les machines existantes ne permettent pas cette juxtaposition. 25 Une telle concentration n'est en effet possible que pour des éoliennes à axe vertical dont les aubes se mettent en drapeau pendant la moitié improductive de leur rotation, disposées en couples juxtaposés dont les éléments tournent en sens inverses (demande de brevet 0802140), installées sur deux lignes parallèles, les machines du second rang tournant en sens inverses de celles du premier rang. Seul le peu de résistance au vent qu'offrent les 30 aubes en drapeau permet cet établissement sur deux rangs, qui divise par deux la longueur et multiplie par deux la largeur du support flottant, assure donc sa stabilité, sa résistance aux tempêtes et réduit le coût de fabrication. L'ensemble des éoliennes occupent la quasi-totalité du pont principal de ce support, plus justement dénommé « barge » et ce dispositif offre un ratio « investissement/rendement » inégalable. 35 La construction d'une telle barge est plus simple que celle des aéroports flottants qui se multiplient en Asie et en Amérique, atteignant des dimensions de 4km x 1 km obtenues par l'assemblage en mer d'éléments bâtis en cales sèches Dans le même domaine technique, le japon envisage de créer une ville sur une plateforme flottante d'une durée de vie de 100. ans au moins. La vie, la productivité et l'amortissement des barges ici présentées seront donc très longs. Leur destruction sera facile et peu onéreuse; les machines ainsi que les superstructures métalliques ou composites seront recyclées et la coque en béton armé, envoyée par le fond après un ou deux siècles de service, abritera la faune sous-.marine Le Canada a exploité pendant 9 ans une éolienne à axe vertical de 100m produisant 4 MW. Cette fragile machine expérimentale a été détériorée par un coup de vent, ce qui ne condamne pas le procédé. Or, une éolienne produisant 4 MW au sol en produira près de 8 en mer. Une barge portant 6 couples de machines de 100m produira 100 MW, une flottille de 10 barges 1.000 MW,soit autant qu'un réacteur nucléaire, pendant beaucoup plus longtemps, avec un coût en investissement , en fonctionnement, en maintenance et en destruction très inférieur. Le reproche d'intermittence opposé à l'électricité d'origine éolienne ou solaire disparaît si, hors pointes de demande, l'électricité produite est prioritairement consacrée à électrolyser de l'eau, voire de l'eau de mer, à comprimer et stocker hydrogène et éventuellement oxygène. Ces gaz seront utilisés lors des pointes de demande ou en absence de vent pour entraîner moteurs ou turbines et générateurs, ou piles à combustible, produisant le courant électrique demandé, opérations pouvant être exécutées à terre ou, partiellement au moins, à bord , dans les vastes volumes intérieurs de la barge. La double opération d'électrolyse de l'eau et de l'utilisation des gaz en résultant par un dispositif entraînant des générateurs d'électricité présente, certes, une perte d'énergie, mais la source de cette énergie étant gratuite et inépuisable, et les techniques concernant ces dispositifs progressant rapidement, cette perte est acceptable et son importance diminuera progressivement. DESCRIPTION L'invention consiste en une plateforme flottante, qui sera ici dénommée « barge », attachée au fond marin par au mains une chaîne ou un filin partant du milieu du bord de la barge exposé au vent dominant et reliés à une ancre ou un corps-mort. Du même bord et à proximité sortent le ou les câbles sous-marins transportant le courant électrique produit à bord(6). Le maintien de la barge en travers du vent est obtenu d'une part par une ou plusieurs « voiles », panneaux verticaux perpendiculaires au bord sous le vent, ainsi qu'au pont 3o supérieur dans la version sans panneaux photovoltaiques(7), d'autre part par des hélices hors la carène à chaque extrémité de la barge(8), entraînées par des moteurs électriques (14). Chacun de ces dispositifs fait pivoter la barge sur son ancrage. Sur le pont principal de cette barge(1) sont installés, sur un ou deux rangs, des couples d'éoliennes à axe vertical dont les aubes se mettent en drapeau pendant la moitié 35 improductive de leur rotation. Les machines paires et impaires du rang « au vent » tournent en sens inverses(2).Les éoliennes du second rang tournent en sens inverses de ceux des machines du premier rang(3). Le pont principal comprend également un ou. plusieurs locaux abritant véhicules d'entretien et matériels divers(18). Chaque éolienne est constituée par un axe principal vertical portant prés de chaque 40 extrémité un plateau horizontal qui intègre à sa périphérie des roulements. Une des extrémités de l'axe secondaire vertical d'une aube s'insère dans chaque roulement. Le plateau inférieur repose sur des roues ou des bogies qui supportent le poids de la machine. Les roues circulent sur une piste ou un rail circulaires établis sur le pont principal(1 U), éventuellement refroidies par une circulation d'eau. Le vent fait pivoter les aubes sur leur axe et les met en drapeau pendant la moitié improductive de leur rotation. Des portiques surmontent soit toutes les éoliennes d'un rang, soit chaque paire bâbord tribord(3) . Dans ces portiques sont insérés les roulements supérieurs amovibles des axes principaux de chaque machine. Ils permettent de suspendre le corps de l'éolienne pendant les changements de pièces et participent à la structure de la barge). Ils supportent également des accès aux roulements hauts des aubes des éoliennes et sont reliés par une ou Io plusieurs poutres perpendiculaires. L'ensemble poutres/portiques offre, s'il y a lieu, des accès à la face inférieure des panneaux photovoltaïques installés au-dessus de ces accès qui constituent le pont supérieur. Le roulement inférieur de l'axe de chaque machine, amovible, est inséré dans le pont principal(4). Cet axe est séparable en deux tronçons au niveau du roulement inférieur pour en permettre le dégagement(9). Les roulements des 15 axes des aubes sont également amovibles, maintenus dans les plateaux haut et bas de l'éolienne et extractibles lorsque la machine est suspendue au portique. Un pont inférieur comporte notamment les générateurs entraînés par les éoliennes (13), séparés d'elles par un système de freinage permettant leur arrêt (11) ainsi que par un embrayage et une boite de vitesses automatique (12) destinés à conjuguer une production 20 par vent faible et une limitation de la vitesse de rotation avec production maximale par tempête. Les couples d'éoliennes peuvent être synchronisés, les deux machines entraînant un générateur commun par un arbre unique. Le pont inférieur abrite également le ou les transformateurs assurant la constance de la tension du courant électrique produit, les moteurs électriques des hélices d'orientation(14), les stations d'électrolyse, des 25 compresseurs pour permettre le stockage des gaz produits, les dispositifs utilisant l'hydrogène, seul ou associé à l'oxygène, pour produire du courant électrique, un atelier avec stockage de matériel d'entretien et pièces de rechange, un quai d'accostage pour les navires assurant les transports de matériels et de personnels(16) ainsi que, éventuellement, salle de contrôle et logement de l'équipage(15). 30 Sous ce pont, la cale est occupée par des réservoirs où sont stockés hydrogène et oxygene comprimés et, éventuellement, de l'eau(17). Ces réservoirs de gaz, en cas d'accident majeur causant une voie d'eau, assureraient la flottaison de la barge. Des ascenseurs et des escaliers desservent les 3 ponts et la cale (19). Pour des besoins particuliers, la barge peut se réduire au support de deux éoliennes sur un 35 rang ou, de préférence, de quatre machines sur deux rangs. De tels éléments peuvent être construits en cale sèche et assemblés en mer suivant la technique employée pour la construction d'aérodromes flottants. A titre expérimental, un prototype de dimensions réduites peut facilement être mis en oeuvre et confirmer le rendement de l'invention. La totalité des opérations de production exécutées à bord peuvent être automatisées et 40 télécommandées depuis la côte ou depuis une des barges, mais, pour une première génération au moins, un équipage à bord devra mettre au point les procédures d'alerte et de traitement des incidents ainsi que les programmes à exécuter par les automatismes. L'invention présentée offre les avantages suivants, outre ceux qu'elle partage avec les éoliennes en général Construction facile en cales sèches par éléments assemblés en mer. Concentration de nombreux couples d'éoliennes sur une seule barge. Résistance aux tempêtes par les grandes dimensions de la barge, la position basse du centre de gravité des éoliennes et par les portiques qui transmettent les efforts 5 des sommets à la structure générale et autorisent le fonctionnement sous tempête. Possibilité de surmonter l'ensemble des éoliennes de panneaux photovoltaïques. Maintenance aisée et peu coûteuse, les pièces des éoliennes susceptibles d'usure étant directement accessibles de l'un des trois ponts. Fourniture d'électricité à la demande, même en l'absence de vent et de soleil. 10 Amortissement sur une très longue période. - Destruction facile et peu coûteuse en fin de vie. En bref : Production très importante, suivant la demande, au coût le plus bas. La figure 1 représente schématiquement, en plan, les positions et mouvements des aubes des éoliennes établies sur le pont principal d'une barge comportant sur deux 15 rangs six couples de machines au total, ainsi que les portiques et la poutre qui les relie. La figure 2 - montre en coupe la partie du pont inférieur située sous une éolienne synchronisée avec l'autre membre de son couple, à une extrémité d'une barge, ainsi que le générateur entraîné par ce couple, avec ses organes de transmission. La figure 3 représente en élévation une extrémité d'une barge portant deux rangs 20 d'éoliennes. REVENDICATIONS1 - Plate-forme flottante qui sera ici dénommée « barge » en raison de sa forme généralement allongée, caractérisée en ce qu'elle porte sur son pont principal(l), sur un ou deux rangs, un ou plusieurs couples d'éoliennes à axe vertical dont les aubes se mettent en drapeau pendant la partie improductive de leur rotation. Les éléments de s chaque couple du rang unique ou du premier rang tournent en sens inverses(2). les éoliennes du second rang tournent en sens inverses de ceux des éoliennes du premier rang (3). 2 -- Barge selon la revendication précédente, caractérisée en ce que. l'axe de chaque éolienne tourne dans des roulements amovibles situés à chacune de ses extrémités et Io retenus, le roulement inférieur dans le pont principal(4), le roulement supérieur dans un ou des portiques qui encadrent verticalement les éoliennes et supportent le pont supérieur de la barge, pont constitué par des accès aux extrémités hautes des éoliennes, ainsi que, s'il y a lieu, aux panneaux photovoltaïques installés au-dessus de ce pont (5). 3 - Barge selon les revendications précédentes caractérisée en ce que, du milieu du 15 bord exposé au vent, au moins une chaîne ou un filin relie la barge à un corps-mort et en ce qu'un câble transportant le comme électrique produit (6) part de la même zone. 4 -- Barge selon les revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un ou plusieurs panneaux verticaux perpendiculaires au bord sous le vent et éventuellement au pont supérieur font pivoter la barge sur son ancrage et la maintiennent en travers du vent.(7), 20 et en ce que des hélices immergées, disposées à chaque extrémité de la barge et entraînées par des moteurs électriques, participent à cette orientation (8). -- Barge selon les revendications précédentes, caractérisée en ce que l'axe de chaque éolienne est séparable en deux tronçons au niveau du pont principal; la partie inférieure de l'axe traversant ce pont (9). 25 6 - Barge selon- les revendications précédentes, caractérisée en ce que le plateau qui supporte l'extrémité basse des axes des aubes de chaque éolienne comporte en sa périphérie des roues circulant sur une piste ou un rail circulaires établis sur le pont pnncipal(10). 7 - Barge selon les revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un système de 30 freinage(l 1), une boite de vitesses automatique et un embrayage(12) prolongent l'axe de chaque éolienne et sont accessibles depuis un pont inférieur. 8 - Barge selon les revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux axes d'un couple d'éoliennes entraînent un arbre unique animant un générateur commun(13). 9 - Barge selon les revendications précédentes, caractérisée. en ce que le pont inférieur 35 abrite les générateurs, transformateurs, stations d'électrolyse, compresseurs, dispositifs permettant l'utilisation de l'hydrogène associé ou non à l'oxygène pour entraîner des générateurs, moteurs des hélices d'orientation(14)), locaux pour véhicules, stockage de pièces et approvisionnements, salle de contrôle, logement de l'équipage(15), et comporte un quai d'aecostage(16). 40 IO - Barge selon les revendications précédentes, caractérisée en ce que, sous le pont inférieur, les cales sont occupées par des réservoirs contenant les gaz résultant de l'électrolyse, comprimés ou liquéfiés et, éventuellement, de l'eau pour électrolyse(17).