Brevet FR3028569A1 — publié le 20160520

' 3028569 1 DESCRIPTION Les éoliennes sont caractérisées par une nacelle très pesante, contenant tous les dispositifs électromécaniques. En conséquence, non seulement l'investissement est lourd (mât, virole, fondations) mais la maintenance, exigeant la mobilisation de moyens humains et matériels adéquats, entraine un coût de fonctionnement élevé qui réduit la rentabilité du parc. Les hydroliennes installées actuellement sont en général conçues selon le même principe : un corps étanche supporte le ou les rotors et contient tous les organes électromécaniques. Quels que soient la profondeur et le site d'implantation, la maintenance de ces derniers exige la mobilisation de moyens de relevage importants , d'où coût et délais conséquents. L'engin objet de la présente invention a pour fonction, d'une part à récupérer l'énergie des 10 fluides en mouvement (vent, marées) de manière optimale, d'autre part de la stocker sous forme cinétique . Sa conception a néanmoins été guidée par un impératif : RENDRE LES ORGANES ELECTROMECANIQUES DIRECTEMENT ET AISEMENT ACCESSIBLES. Cet objectif est atteint en plaçant tous les organes électromécaniques ainsi que leurs annexes électroniques dans un caisson EMERGEANT pour que la maintenance soit grandement facilitée. 15 Le dispositif de stockage sous forme cinétique dans deux volants inertiels tournant à la même vitesse angulaire, mais en sens contraire, a été décrit et revendiqué dans un brevet délivré le 20/12/2013 sous le n° 2.992.033. La description ci-dessous résume la transformation de l'énergie renouvelable en électricité au cours des trois étapes suivantes: 20 - Récupération de l'énergie des fluides en mouvement (vent, courants); - Stockage permanent sous forme d'énergie cinétique dans les volants inertiels; - Transformation sur commande de l'énergie cinétique en électricité. Ces trois étapes sont assurées par des organes dédiés: un caisson émergeant contenant tous les éléments de la chaine cinématique, les deux récupérateurs des énergies renouvelables, 25 les volants inertiels et les génératrices. Les organes classiques, tels que batteries d'appoint, programmateur, capteurs divers, etc...., que l'on trouve dans toutes les éoliennes et hydroliennes, ne sont pas repris ni décrits ici. a I LE CAISSON EMERGEANT. Supportant une éolienne et soutenant une hydrolienne, le caisson émergeant ressemble à une 30 plate-forme de forage, avec ses piliers de soutien, si une implantation en eau peu profonde est possible. Sinon, le caisson est flottant avec des caractéristiques identiques aux nombreux engins flottants, résistant aux fortes marées tout en demeurant horizontaux, qui ont été construits et installés de par le monde marin. Etanche par construction, il contient tous les organes électromécaniques, ainsi que les volants 35 inertiels, le tout étant d'une complète accessibilité pour les interventions de maintenance. 3028569 2 b) LA RECUPERATION DES ENERGIES NATURELLES . Elle s'effectue simultanément grâce à une éolienne et une hydrolienne, dont les rotors sont respectivement solidaires de deux arbres moteurs VERTICAUX. - L'éolienne: 5 De préférence birotor, elle est supportée par une nacelle orientable légère puisque seul un dispositif mécanique simple (double renvoi d'angle) contraint les rotors à tourner en sens inverse et la même vitesse angulaire tout en entrainant un arbre-moteur vertical. Le mât n'ayant plus à soutenir une nacelle pesante, contenant réducteur, alternateur et autres dispositifs annexes, peut être redessiné et considérablement allégé. II contient l'arbre-moteur qu'il maintient et guide grâce à des paliers régulièrement espacés. - L'hvdrolienne: Dans une version préférée, l'hydrolienne est symétrique de l'éolienne avec un bloc sous-marin portant deux hélices solidaires via un dispositif de double renvoi d'angle. Elle est suspendue au caisson émergeant grâce à un tube étanche contenant un arbre-moteur 15 vertical dont la rotation est conditionnée par celle des deux hélices qui tournent à la même vitesse angulaire mais en sens contraire. Comme l'arbre-moteur doit toujours tourner dans le même sens un inverseur est installé pour tenir compte de la direction des marées. Selon une autre version, le rotor de I'hydrolienne est un plateau cylindrique semblable à une roue Pelton, le quel possède des augets de section double ellipse pour, d'une part minimiser 20 la traînée générée dans le flux contraire, et d'autre part présenter un risque quasi nul pour la faune marine. Dans cette configuration, l'arbre-moteur vertical maintient le rotor et lui sert d'axe de rotation. c) LA DOUBLE CHAINE CINEMATIQUE. Etant donné qu'il y a deux récupérateurs des énergies renouvelables couplés, via deux arbres 25 moteurs spécifiques, aux deux volants inertiels, une double chaine cinématique symétrique assure le transfert des énergies naturelles vers les volants inertiels. Chacune de ces chaines cinématiques comprend : - Un accumulateur de nature mécanique (ressort spiral par exemple) ou oléopneumatique directement couplé à l'arbre moteur associé, transforme l'énergie naturelle récupérée en 30 énergie potentielle qu'il ne libère que si l'impulsion fournie permet aux volants inertiels de maintenir et/ou d'accroître leur vitesse angulaire. - un démultiplicateur est couplé d'une part à l'accumulateur et d'autre part au volant inertiel associé via une roue à cliquet, ce qui permet à ce dernier de tourner librement à la vitesse angulaire acquise après les impulsions reçues. 35 Puisque les deux volants inertiels sont couplés entre eux, les impulsions reçues par l'un d'eux est employée pour entretenir et même accroître l'énergie cinétique du couple inertiel. 3028569 3 d )LA PRODUCTION D'ELECTRICITE. Deux variantes sont possibles en ce qui concerne la production d'électricité qui résulte, dans tous les cas de figure, d'une transformation de l'énergie cinétique accumulée dans les volants inertiels en électricité grâce à une génératrice. 5 - Variante à un seul volant inertiel: Les deux chaines cinématiques vues plus haut convergent vers un unique volant inertiel qui reçoit donc les impulsions et de l'éolienne et de l'hydrolienne. Le couplage entre l'unique volant inertiel et la génératrice s'effectue grâce à un embrayage mécanique ou magnétique, commandé par un programmateur classique. 10 Selon une variante de la présente invention, la génératrice est un alternateur plat dont les disques portant les aimants permanents peuvent se déplacer axialement afin de faire varier les champs magnétiques traversant les bobines du stator et donc la production d'électricité. - Variante à deux volants inertiels : Les deux volants sont couplés grâce à un jeu de renvois d'angle qui les fait tourner à la même 15 vitesse angulaire mais en sens contraire. Le pignon conique inférieur est solidaire de l'arbre-moteur animé par le rotor de l'hydrolienne; le pignon conique supérieur est solidaire de l'arbre-moteur animé par le rotor de l'éolienne. Ce montage permet à l'un des deux récupérateurs d'impulser l'ensemble inertiel qui accumule ainsi l'énergie des fluides en mouvement de manière complémentaire. 20 Le couplage entre l'ensemble inertiel et la génératrice s'effectue, comme précédemment, grâce à un embrayage mécanique ou magnétique, commandé par un programmateur classique. Pratiquement, le couplage est réalisé avec le volant supérieur qui transmet toute l'énergie cinétique accumulée par l'équipage rotatif. Si la génératrice est un alternateur plat comme précédemment, les disques portant les aimants 25 permanents peuvent se déplacer axialement , faisant ainsi varier les champs magnétiques qui traversent les bobines du stator et donc la production d'électricité. e ) LA REGULATION DU SYSTEME. Quand la récupération de l'énergie renouvelable, éolienne et/ou marine, est supérieure à la demande instantanée des utilisateurs, l'excédent non converti en électricité, est stocké sous 30 forme cinétique dans les volants inertiels. Inversement, cette énergie cinétique est utilisée pour pallier le différentiel entre la demande instantanée et l'électricité résultant de la transformation de l'énergie naturelle récupérée. Les annexes électriques ou électroniques classiques dans ce genre d'engins ne sont pas décrits ici pas plus que les capteurs, les actionneurs et le programmateur orchestrant le tout. REVENDICATIONS- 1- Engin de stockage inertiel des énergies renouvelables, caractérisé en ce que une éolienne et une hydrolienne sont simultanément associées dans la récupération de l'énergie des fluides en mouvement (vent, courants, marées) afin d' impulser la rotation de volants inertiels, lesquels stockent sous forme cinétique les 'énergies naturelles 5 pour les transformer ensuite en électricité. - 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que un caisson émergeant, sur piliers comme ceux des plateformes de forage ou flottant, d'une part contient tous les organes électromécaniques et les volants inertiels, et d'autre part sert de support à une éolienne et à une hydrolienne, chacune d'elles possédant 10 ses propres récupérateurs d'énergie naturelle ( rotors à hélices ou rotor muni d'augets). - 3 - Dispositif selon les revendications 1 & 2, caractérisé en ce que deux chaines cinématiques, symétriques par rapport au caisson, allant des récupérateurs aux volants, comprennent systématiquement : un arbre-moteur logé dans un tube, un accumulateur, un démultiplicateur et une roue à cliquet. 15 - 4 - Dispositif selon les revendications 1,2 & 3, caractérisé en ce que l'éolienne dispose d'une nacelle orientable classique mais très allégée puisque ne contenant que les arbres de deux rotors ainsi qu'un double renvoi d'angle qui contraint les rotors à tourner à la même vitesse angulaire mais en sens contraire et dont un des deux pignons coniques d'axe vertical est solidaire de l'arbre-moteur, vertical par construction. 20 - 5 - Dispositif selon les revendications 1, 2 & 3, caractérisé en ce que si l'hydrolienne est équipée de deux hélices, le bloc suspendu comprend les arbres de deux hélices, un double renvoi d'angle, qui contraint ces deux hélices à tourner à la même vitesse angulaire mais en sens contraire, et un inverseur entre le pignon conique d'axe vertical du renvoi d'angle et l'arbre moteur afin que ce dernier tourne toujours dans le 25 même sens quelle que soit la direction des courants de marée. - 6 - Dispositif selon les revendications 1, 2 & 3, caractérisé en ce que si l'hydrolienne est équipée d'un rotor d'axe vertical semblable à une roue Pelton, il sera équipé d'augets ayant une section à double profil elliptique afin d'une part de récupérer efficacement l'énergie mécanique des courants et d'autre part de minimiser leur 30 traînée dans les flux contraires tout en présentant un risque pratiquement nul pour la faune. 3028569 - 7 - Dispositif selon les revendications 3, 4, 5 & 6, caractérisé par le fait que les arbres moteurs de l'éolienne et de l'hydrolienne sont couplés chacun à un accumulateur mécanique ou oléopneumatique qui accumule l'énergie récupérée sous forme potentielle, laquelle ne sera libérée que si l'impulsion fournie permet aux volants 5 inertiels de maintenir ou d'accroître leur vitesse de rotation. - 8 - Dispositif selon les revendications 3, 4, 5, 6 & 7, caractérisé par le fait que des démultiplicateurs sont couplés d'une part aux accumulateurs et d'autre part aux volants inertiels via une roue à cliquet, ce qui permet à ces derniers de tourner librement à la vitesse angulaire acquise après les impulsions reçues. - 9 - Dispositif selon les revendications 1, 2, 7, & 8, caractérisé par le fait que les deux volants inertiels tournent à la même vitesse angulaire mais en sens contraire parce que couplés via un renvoi d'angle dont les deux pignons coniques d'axe vertical sont indirectement solidaires des deux arbres moteurs animés par les récupérateurs de l'éolienne d'une part et de l'hydrolienne d'autre part. - 10 - Dispositif selon les revendications 1, 2, & 9, caractérisé par le fait que s'il s'agit pour la production d'électricité d'un générateur classique, ce dernier sera couplé aux volants inertiels via un embrayage mécanique ou magnétique et que, si au contraire, il s'agit d'un générateur plat, la production d'électricité dépendra du déplacement axial des rotors portant les aimants permanents, ce qui aura pour effet de moduler l'intensité des champs magnétiques traversant les bobines du stator.