Brevet FR3132740A1 — publié le 20230818

TITRE DE L’INVENTION : DISPOSITIF DE TRANSFORMATION D’ÉNERGIE ÉOLIENNE EN ÉNERGIE ÉLECTRIQUE Un dispositif (100) de transformation d’énergie éolienne en énergie électrique, qui comporte : - un réservoir (101) d’eau, - au moins un éjecteur (103) hydrauliquement en aval du réservoir, alimenté en eau par le réservoir, dont l’eau est le fluide moteur, l’air (102) étant le fluide secondaire, - une canalisation venturi (107) en aval de chaque éjecteur dans laquelle entre un mélange d’eau et d’air, - une turbine (108) placée dans la partie de la canalisation venturi configurée pour transformer l’énergie du mélange d’eau et d’air en énergie mécanique et - une génératrice (109) alimentée en énergie mécanique par la turbine transformant l’énergie mécanique en énergie électrique (110). Figure pour l'abrégé : figure 1 DISPOSITIF DE TRANSFORMATION D’ÉNERGIE ÉOLIENNE EN ÉNERGIE ÉLECTRIQUE Domaine technique de l’invention La présente invention vise un dispositif de transformation d’énergie éolienne en énergie électrique. La présente invention s’applique notamment au domaine des énergies renouvelables, et notamment de l’énergie éolienne. État de la technique Les Moulins à Vent ont été érigés pour exploiter la force du vent et la transformer en énergie mécanique. Les chutes d’eau ont alimenté les usines hydroélectriques en exploitant la force de gravitation. La combustion du fuel, du gaz ou la fission nucléaire ont chauffé la vapeur entraînant les turbines génératrices d’électricité. Il existe même des générateurs électriques à air comprimé. Toutes ces techniques ne se valent pas car les sources d’énergie sont plus ou moins riches et le processus de génération électrique est plus ou moins efficace. Pour un mètre cube de vent soufflant à 29 km/h à 25 mètres d’altitude, la moyenne française, l’énergie cinétique n’est que de 0,1 mégajoule, l’énergie de gravitation est sept fois supérieure et l’énergie de pression est mille fois supérieure. Suivant les méthodes d’extraction de l’énergie et les transformations en énergie mécanique ou thermique utilisables pour produire de l’électricité, les pertes peuvent être conséquentes. L’écologie a promu l’éolien comme énergie verte, renouvelable et responsable. Les éoliennes actuelles souffrent de nombreux défauts, à commencer par la limite de Betz qui constate simplement le refus du vent devant l’obstacle des pales. Le profil de ces gigantesques pales est très précis et leur perte d’efficacité très rapide à cause des moustiques et des insectes autant que des oiseaux. La fragilité de ces tours et les difficultés d’entretien en hauteur pour les moteurs et engrenages posent problème. Le voisinage et le bruit ne font pas bon ménage. Bien sûr, la variabilité du vent fait des éoliennes des sources d’électricité aléatoires et les rendements annuels sont très faibles, ce qui est un handicap même si la matière première est gratuite. De nombreuses tentatives d’accélérer le vent en utilisant l’effet Venturi se sont succédées on peut citer, notamment : - le premier Brevet Américain de A.Bonetto à ce sujet date de 1923, - Vortec Energy en Nouvelle Zélande entre 1997 et 2001, - la Windlens de Y.Ohya Kyushu University au Japon en 2012 comportant un disque de turbulence en bout d’un court diffuseur, - US Flodesign devenu Ogin a développé une installation d’une ferme éolienne carénée en 2011, - Elena a développé des éoliennes installées sur la Maison de l’Air en France entre 2008-2012. Toutes ces tentatives ont échoué à cause du poids et de l’encombrement du carénage, pourtant bien loin des recommandations normatives pour un Venturi, et bien sûr de la difficulté, à l’air libre, de faire rentrer le vent dans un entonnoir. Les différents brevets et exemples cités ci-dessus minimisent l’importance du diffuseur et les conséquences de la transformation de l’énergie de pression en énergie cinétique au niveau du col d’un dispositif Venturi. La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. Notamment, la présente invention permet d’utiliser l’énergie éolienne dans un dispositif à meilleur rendement, pouvant fonctionner sur de plus grandes plages de vitesse de vent et de plus faible impact visuel. Les éjecteurs liquides verticaux aspirent le vent et le renvoient avec une pression positive. La position en altitude permet de constituer une pression supplémentaire due à la colonne verticale de brouillard air/eau à l’entrée du convergent de venturi. Dans un tube, le vent ne peut s’échapper que par le col du Venturi et entraîner les ailettes de la turbine. Renvoyer l’air dans un diffuseur en position verticale permet de lui donner toute la longueur nécessaire. À cet effet, la présente invention vise un dispositif de transformation d’énergie éolienne en énergie électrique, qui comporte : - un réservoir d’eau, - au moins un éjecteur hydrauliquement en aval du réservoir, alimenté en eau par le réservoir, dont l’eau est le fluide moteur, l’air étant le fluide secondaire, - une canalisation venturi en aval de chaque éjecteur dans laquelle entre un mélange d’eau et d’air, - une turbine placée dans la partie de la canalisation venturi configurée pour transformer l’énergie du mélange d’eau et d’air en énergie mécanique et - une génératrice alimentée en énergie mécanique par la turbine transformant l’énergie mécanique en énergie électrique. Grâce à ces dispositions, le vent, par sa présence tout autour de la tour, fournit un flux d’air entrant dans le système avec un débit Q (m 3 /s) qui cède son énergie cinétique à la turbine. Le vent cède aussi son énergie de gravitation à la turbine. Le recours à au moins un éjecteur permet de créer une dépression suffisante pour aspirer le vent dans un système de conduite qui le contraint. Le mélange air/eau ayant une masse spécifique plus forte que l’air, tombe dans la conduite verticale et son énergie de gravitation récupérée par la turbine contribue pour environ 60% de l’énergie nécessaire au pompage de l’eau recyclée au sommet de la tour. Enfin, le recours au dispositif Venturi permet, en transformant une partie de l’énergie de pression en énergie cinétique, d’atteindre des vitesses d’air importantes générant ainsi une puissance électrique très supérieure à celle des éoliennes actuelles. De plus, le dispositif peut être installé dans des zones dans lesquelles la direction du vent est instable. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte, de plus, un séparateur de l’eau et de l’air dans le mélange d’eau et d’air. Grâce à ces dispositions, l’eau peut être recirculée vers le réservoir pour limiter les pertes en eau. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte, de plus, une pompe, alimentée en énergie électrique par la génératrice, configurée pour acheminer l’eau séparée vers le réservoir. Grâce à ces dispositions, l’énergie utilisée pour recirculer l’eau est directement produite par le dispositif. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte, de plus, une chambre d’admission définie par un centre et une périphérie : - la périphérie étant divisée en secteurs de dimensions égales, - l’entrée de fluide secondaire de chaque éjecteur étant localisée au centre de la chambre d’admission. Grâce à ces dispositions, le dispositif peut être utilisé, quelle que soit la direction du vent. Dans des modes de réalisation, la périphérie de la chambre d’admission comporte au moins un volet dont la position est commandée par un moyen de commande configuré pour ouvrir ou fermer au moins un secteur de la périphérie de la chambre d’admission. Grâce à ces dispositions, le ou les volets sont ouverts selon une direction correspondante à la direction du vent pour l’orienter vers les éjecteurs. Dans des modes de réalisation, chaque secteur comporte un volet commandé par le moyen de commande. Grâce à ces dispositions, chaque secteur peut être commandé indépendamment. L’usage des volets sectoriels en périphérie de la chambre d’admission permet de stabiliser le débit d’air, quelle que soit la vitesse du vent sur une large plage de 3 à 25 m/s. Dans des modes de réalisation, au moins un volet est télescopique et configuré pour être étendu en dehors de chambre d’admission. Grâce à ces dispositions, une quantité supérieure d’air est propulsée contre les volets et s’engouffre dans la chambre d’admission. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte, de plus, un moyen de mesure de la vitesse et/ou de la direction d’un flux d’air, la position de chaque volet étant en fonction d’au moins une valeur mesurée. Grâce à ces dispositions, l’ouverture de chaque volet peut être automatisée. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte, un extracteur d’air en aval de la canalisation venturi. Grâce à ces dispositions, le vent fait tourner l’extracteur d’air pour évacuer l’air en sortie de la canalisation venturi. Dans des modes de réalisation, l’extracteur d’air est coaxial à la canalisation venturi. Grâce à ces dispositions, le flux d’air en sortie du dispositif est rejeté juste en aval de l’endroit dans lequel il a été prélevé. Brève description des figures D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : représente, schématiquement et fonctionnellement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, représente, schématiquement et en vue de dessus, un premier mode de réalisation d’une chambre d’admission objet de la présente invention, représente, schématiquement et en perspective, le premier mode de réalisation d’une chambre d’admission représentée en objet de la présente invention, représente, schématiquement et en vue de dessus, un deuxième mode de réalisation d’une chambre d’admission objet de la présente invention, représente, schématiquement et en perspective, le deuxième mode de réalisation d’une chambre d’admission représentée en objet de la présente invention, représente, schématiquement et en vue de dessus, un troisième mode de réalisation d’une chambre d’admission objet de la présente invention, représente, schématiquement et en perspective, un mode de réalisation particulier d’une première partie d’un premier mode de réalisation d’un dispositif objet de la présente invention, représente, schématiquement et en coupe, la première partie du premier mode de réalisation d’un dispositif objet de la présente invention représentée en , représente, schématiquement et en coupe, l’intégralité du premier mode de réalisation d’un dispositif objet de la présente invention représentée en et représente, schématiquement et en perspective, une deuxième partie du premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, représente, schématique et en perspective, un premier mode de réalisation d’une canalisation venturi et d’une turbine objet de la présente invention et représente, schématique et en perspective, un deuxième mode de réalisation d’une canalisation venturi et d’une turbine objet de la présente invention. Dispositif (100, 600) de transformation d’énergie éolienne en énergie électrique, caractérisé en ce qu’il comporte : - un réservoir (101) d’eau, - au moins un éjecteur (103) hydrauliquement en aval du réservoir, alimenté en eau par le réservoir, dont l’eau est le fluide moteur, l’air étant le fluide secondaire, - une canalisation venturi (107) en aval de chaque éjecteur dans laquelle entre un mélange d’eau et d’air, - une turbine (108) placée dans la partie de la canalisation venturi configurée pour transformer l’énergie du mélange d’eau et d’air en énergie mécanique et - une génératrice (109) alimentée en énergie mécanique par la turbine transformant l’énergie mécanique en énergie électrique (110). Dispositif (100, 600) selon la revendication 1, qui comporte, de plus, un séparateur (108) de l’eau et de l’air dans le mélange d’eau et d’air. Dispositif (100, 600) selon la revendication 2, qui comporte, de plus, une pompe (113), alimentée en énergie électrique (110) par la génératrice, configurée pour acheminer l’eau séparée vers le réservoir (101). Dispositif (100, 600) selon l’une des revendications 1 à 3, qui comporte, de plus, une chambre d’admission (200, 300, 400) définie par un centre (201, 301, 401) et une périphérie (202, 302, 402) : - la périphérie étant divisée en secteurs (203, 303, 404) de dimensions égales, - l’entrée (504) de fluide secondaire de chaque éjecteur étant localisée au centre de la chambre d’admission. Dispositif (100, 600) selon la revendication 4, dans lequel, la périphérie (201, 301, 401) de la chambre d’admission (200, 300, 400) comporte au moins un volet (204, 304, 403, 405, 406) dont la position est commandée par un moyen de commande configuré pour ouvrir ou fermer au moins un secteur (203, 303, 404) de la périphérie de la chambre d’admission. Dispositif (100, 600) selon la revendication 5, dans lequel, chaque secteur (303, 404) comporte un volet (304, 405, 406) commandé par le moyen de commande. Dispositif (100, 600) selon la revendication 6, dans lequel au moins un volet (405, 406) est télescopique (407, 408) et configuré pour être étendu en dehors de chambre d’admission. Dispositif (100, 600) selon l’une des revendications 5 à 7, qui comporte, de plus, un moyen de mesure de la vitesse et/ou de la direction d’un flux d’air, la position de chaque volet (204, 304, 403, 405, 406) étant en fonction d’au moins une valeur mesurée. Dispositif (100, 600) selon l’une des revendications 1 à 8, qui comporte un extracteur (117) d’air en aval de la canalisation venturi (107) Dispositif (100, 600) selon la revendication 9, dans lequel l’extracteur (117) est coaxial à la canalisation venturi (107).