Brevet FR3127259A1 — publié le 20230324

Eolienne à axes verticales comprenant un carrousel d’aubes verticales soutenu par un ensemble de roues coopérant avec une plateformes fixes sur laquelle sont disposés des panneaux verticaux destinés à orienter les veines de vent dans le sens de la rotation. Figure pour l’abrégé : Fig. 2. Turbo-éolienne Les systèmes de captation d'énergie éolienne se décomposent principalement en deux familles : les hélices et les moulins. Ces derniers peuvent être à axe horizontal ou vertical, mais sont caractérisés par le fait qu’à l'intérieur de chaque moulin les aubes sont identiques. Les hélices ou les moulins, munis de pales ou d’aubes orientables, comportent des asservissements assez complexes pour permettre d'opérer dans des conditions aérodynamiques optimales. Tous ces dispositifs permettent d'optimiser les dimensions afin de réduire l'espace occupé, mais sont onéreux Dans les lieux où l'espace occupé compte peu, le meilleur exemple étant la haute mer, le coût minimum est obtenu avec des systèmes de grande rusticité, même s'ils sont de grande dimension. La présente invention répond à l’exigence du moindre coût en utilisant un type de moulin ne comportant aucun asservissement de positionnement des aubes et des procédés de fabrication très simples. Ce moulin peut opérer en tournant selon un axe vertical ou horizontal. Selon la présente invention, un carrousel d’aubes verticales maintenues solidaires par une structure adaptée, tourne autour d'un axe vertical, pouvant être matériel, mais préférentiellement virtuel étant donné le poids de l'ensemble tournant et le balourd potentiel. Le vent agit sur les aubes de ce carrousel d’une manière analogue au fonctionnement d'une turbine hydraulique de type PELTON. Ce carrousel est soutenu par des roues, qui peuvent être groupées en boggies, comme pour le ferroviaire, roulant sur une plate-forme fixe. Une paroi cylindrique solidaire de cette plate-forme et entourant le carrousel sert d'appui à des roues à axe vertical, solidaires du carrousel, obligeant ce dernier à rester centré sur la plate-forme. Par ailleurs, en cas de vents extrêmes, l’ensemble du carrousel pourrait chavirer et tomber hors de la barge. Selon l’invention une collerette horizontale solidaire de la paroi cylindrique citée ci- dessus, sert d’appui supérieur à des roues, à axe horizontal, solidaires du carrousel, l’empêchant de basculer et de tomber de la barge. Dans l'espace central du carrousel est placé un système générateur d'électricité entraîné par l'intermédiaire d'un joint Oldham, par des pièces solidaires du carrousel. Dans le cas où le système est disposé sur une barge ancrée sur le fond marin, celle-ci peut-être entraînée en rotation par le frottement des roues du carrousel. Pour contrer cette action, des dérives plongées dans l'eau et solidaires de la plate-forme freinent très efficacement cette rotation. Pour améliorer l'effet du vent sur le carrousel, selon l’invention, des panneaux fixes verticaux peuvent être disposés pour guider les veines de vent dans le sens de la rotation du carrousel. En cas de vent extrême il est nécessaire de ne pas laisser le carrousel s'emballer. Pour ce faire des dérives amovibles verticales, solidaires du carrousel, peuvent être descendues dans l'eau et freiner efficacement. Un frein électromagnétique peut rendre le même service, que ce soit pour un système à terre ou en mer. Dans le cas où des panneaux fixes de guidage du vent sont installés, il est nécessaire que l'ensemble reste face au vent. Pour ce faire, selon l’invention, des empennages verticaux fixes sont placés sur l'arrière de la plate-forme. La est une coupe verticale du système selon l’invention, disposé sur une barge flottante. La est une vue par dessus du système selon l’invention La est un agrandissement de l’ensemble générateur d’électricité. En référence à la une plate-forme (1) repose sur une barge comportant des flotteurs (2). Un carrousel (3) d’aubes verticales (4) est soutenu par des roues (5) roulant sur la plateforme (1). Un cylindre extérieur vertical (6) solidaire de la plate-forme (1) sert d'appui à des roues (7) à axe vertical obligeant le carrousel (3) à se maintenir centré sur la plateforme (1). Une collerette horizontale (8) solidaire du cylindre (6) sert d’appui supérieur à des roues (9) solidaires du carrousel (3) empêchant celui-ci de basculer hors de la plateforme (1) en cas de vents extrêmes. Un portique (10), solidaire de la plateforme (1) et enjambant les aubes tournantes (4) du carrousel (3) supporte un plateau (11), placé ainsi au centre du carrousel (3) et servant d’assise à l’ensemble générateur d’électricité (12) comprenant lui-même une pièce d’entraînement (17) solidaire du carrousel (3). Des dérives sous-marines (13) solidaires de la plate-forme (1) freinent la rotation de celle-ci induite par le frottement des roues (5) du carrousel (3). Également solidaires du carrousel (3) des dérives amovibles (14) peuvent être descendues dans l'eau pour freiner la rotation du carrousel (3) en cas de vent extrême. En référence à la il est montré des panneaux fixes verticaux (15) solidaires de la plate-forme (1), destinés à orienter le vent dans le sens de la rotation. Il est montré également des empennages verticaux (16) (un seul est possible) solidaires de la plateforme (1) permettant de maintenir le système face au vent. En référence à la la pièce d'entraînement (17), solidaire du carrousel (3) coopère avec un joint Oldham (18), lui-même entraînant un système différentiel coaxial (19) dont un premier planétaire entraîne un générateur(20) à courant continu (Dynamo ou alternateur associé à un redresseur) et dont le deuxième planétaire entraîne un alternateur (21) destiné à être raccordé au réseau électrique. Selon l’invention, le générateur à courant continu (20) alimente une cellule d'électrolyse de l'eau de mer. L'oxygène est évacué hors du système par les moyens nécessaires. Préférentiellement selon l'invention, l'hydrogène est stocké à bord de la plateforme (1) sous haute pression dans une ou plusieurs réservoirs (23). Une turbine à gaz (22) montée en bout d'arbre de l'alternateur (21), alimentée par l'hydrogène stocké est destinée à entraîner cet alternateur (21) pendant les périodes d'absence de vent significatif. À titre d'exemple, compte tenu de l'histogramme du vent régnant dans l'Atlantique devant les côtes françaises, un système selon l'invention comportant un carrousel à huit aubes, chacune de 200m de haut et 100 m de large, associé à une turbine à gaz, pourrait fournir, de façon régulière et continue, une puissance de 100 MW de 7 h du matin à 21h. Installées sur une barge équivalente en coût, cinq éoliennes de 300 m de haut, à hélice, dans les mêmes conditions de vent et pendant les mêmes horaires, en utilisant également un stockage d’hydrogène et une turbine à gaz, ne fourniraient une puissance continue et régulière que de 8 MW. Le coût de ces cinq éoliennes à hélices géantes est à peu près équivalent, voire même supérieur, au coût du carrousel à aubes verticales pris en exemple. On peut donc dire que ce dernier est environ 12 fois plus économique. Même en admettant des marges d'erreur considérables, la supériorité du carrousel à axe vertical est indéniable. Système comprenant une plate-forme fixe (1) horizontale, reposant sur le sol ou sur une barge avec flotteurs (2), comprenant également un carrousel (3) d’aubes verticales (4) soutenu par des roues (5)) solidaires de ce carrousel (3) et roulant sur la plateforme (1), comprenant encore un cylindre vertical (6) solidaire de la plateforme (1) servant d’appui à des roues (7) à axe vertical, solidaires du carrousel (3) et maintenant ce dernier centré sur la plate-forme (1), comprenant encore une collerette horizontale (8) solidaire du cylindre (6) et servant d’appui à des roues (9) solidaires du carrousel (3) et disposées par-dessous, comprenant encore un portique (10) solidaire de la plateforme (1) et soutenant un plateau (11) servant d’assise à un ensemble générateur d'électricité (12) entrainé par le carrousel (3), caractérisé par le fait que lorsque le vent fait tourner le carrousel (3), de l'énergie électrique est produite par l’ensemble générateur d’électricité(12)et caractérisé encore par le fait que les roues (9), s’appuyant sur la collerette (8), empêchent le carrousel (3) de basculer sous l’action du vent. Système selon la revendication 1 comprenant des dérives fixes verticales (13) immergées, solidaires de la plate-forme (1), permettant de freiner la rotation de la plate-forme (1), sollicitée par le frottement des roues (5). Système selon les revendications 1et 2 comprenant des dérives amovibles (14), solidaires du carrousel (3), pouvant être descendues dans l'eau, permettant d'éviter que, en cas de vent extrême, le carrousel (3) ne s'emballe, préservant ainsi l'intégrité du système. Système selon les revendications 1 et 2 comprenant un frein électromagnétique associé au carrousel (3) Système selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant des panneaux verticaux fixes (15), solidaires de la plateforme (1), comprenant encore un ou plusieurs empennages verticaux (16) solidaires de la plateforme (1), permettant que les veines de vent soient orientées dans le sens de la rotation, le ou les empennages verticaux (16) maintiennent l’ensemble du système face au vent. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant un dispositif générateur d'électricité (12) comprenant lui-même une pièce (17 ) solidaire du carrousel (3) entraînant un joint Oldham (18) lui-même entraînant un système mécanique différentiel coaxial (19) dont un premier planétaire entraîne un générateur à courant continu (20) comprenant encore un second planétaire entraînant un alternateur (21), caractérisé par le fait que l’électricité produite par le générateur à courant continu (20) est utilisée par une cellule d'électrolyse pour fabriquer de l'hydrogène et par le fait que l'électricité produite par l'alternateur (21) est injectée dans le réseau électrique. Système selon la revendication 6 comprenant une turbine à gaz (22) montée en bout d'arbre de l'alternateur (21) et alimentée en hydrogène, caractérisé par le fait qu'en l'absence de vent significatif le système peut continuer à alimenter le réseau électrique grâce à la puissance délivrée par la turbine à gaz (22). Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un réservoir à hydrogène (23) disposé sur la barge (1).