INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
De manière avantageuse, la présence de la conduite d’accès permet d’introduire le fluide de refroidissement au niveau du réservoir de pressurisation. Par exemple, mais sans que cela ne soit limitatif, la conduite d’accès permet d’introduire le fluide de refroidissement de façon axiale au niveau du réservoir de pressurisation. Ainsi, il n’est pas nécessaire de mettre le fluide de refroidissement sous pression, par exemple au moyen d’une pompe, pour vaincre les gravités artificielles par exemple générées par une force centrifuge. Avant de s’écouler dans le réservoir de pressurisation, le fluide de refroidissement peut s’écouler dans la conduite d’accès d’abord radialement, de l’extérieur vers l’intérieur, entre la paroi d’extrémité distale et l’organe de pressurisation.
Selon un mode de réalisation, le boitier comprend une jupe cylindrique s’étendant parallèlement à la paroi latérale cylindrique intérieurement entre l’organe de pressurisation et l’arbre rotatif, la conduite d’accès étant alors définie entre la jupe cylindrique et l’organe de pressurisation.
Selon un mode de réalisation, la paroi latérale cylindrique, la paroi d’extrémité distale, et la jupe cylindrique délimitent intérieurement entre elles un volume configuré pour retenir une quantité de fluide de refroidissement, de sorte à former un bain de fluide de refroidissement destiné à être pressurisé par l’organe de pressurisation lorsqu’il est mis en rotation.
Selon un mode de réalisation, le boitier comprend une deuxième paroi latérale cylindrique, parallèle à la paroi latérale cylindrique et solidaire de la paroi d’extrémité distale de sorte à former un volume additionnel de réception de fluide de refroidissement. Par exemple, la deuxième paroi latérale cylindrique est disposée radialement du côté opposé à l’organe de pressurisation par rapport à la paroi latérale cylindrique.
Selon un mode de réalisation, la paroi latérale cylindrique est pourvue d’une ouverture d’admission configurée pour permettre une communication fluidique entre un volume intérieur à la paroi latérale cylindrique, et un volume extérieur à la paroi latérale cylindrique.
Selon un mode de réalisation, la paroi latérale cylindrique, la paroi d’extrémité distale, la deuxième paroi latérale cylindrique, et la jupe cylindrique forment une pièce d’un seul tenant, ayant par exemple une section dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation en forme de E.
Selon un mode de réalisation, la paroi latérale cylindrique et la paroi d’extrémité distale forment intérieurement entre elles un volume configuré pour retenir une quantité de fluide de refroidissement, de sorte à former un bain de fluide de refroidissement dans lequel au moins une partie de la portion de réception de fluide est plongée.
Selon un mode de réalisation, la paroi latérale cylindrique, la paroi d’extrémité distale, et la deuxième paroi latérale cylindrique forment une pièce d’un seul tenant, ayant par exemple une section dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation en forme de U.
De manière avantageuse, l’injection de fluide de refroidissement au niveau de l’organe de pressurisation permet de s’affranchir de l’utilisation de joints dynamique, de labyrinthe ou d’air.
Selon un mode de réalisation, la paroi latérale cylindrique du boitier comprend un orifice d’évacuation traversant la paroi latérale cylindrique de manière à permettre l’évacuation du fluide de refroidissement à l’extérieur du boitier.
Selon un mode de réalisation le boitier comprend un système de fermeture configuré pour obturer au moins partiellement l’orifice d’évacuation, de manière à limiter ou bloquer le passage du fluide de refroidissement à travers la paroi latérale cylindrique du boitier.
Selon un mode de réalisation, le fluide de refroidissement est un fluide fonctionnel ayant des caractéristiques intrinsèques lui conférant des aptitudes à remplir une fonction de refroidissement et/ou une fonction de lubrification.
Selon un mode de réalisation, le fluide de refroidissement comprend une huile de lubrification, présentant préférentiellement une viscosité comprise entre 1 cSt et 45 cSt, et plus particulièrement égale à 15 cSt, à des températures entre 30 et 80 °C, et plus particulièrement entre 40°C, et 50°C. 1 cSt étant égal à 10 -6 m²/s.
Pour résoudre ce problème, des méthodes d’apprentissage décentralisé ont été testées et ont entraîné une augmentation significative de la production totale d’électricité sur plusieurs simulations de parcs éoliens. Mais la majorité de ces méthodes ignorent les temps de propagation des sillages dans le parc éolien (notamment dans le document « Z. Xu, H. Geng, B. Chu, M. Qian, and N. Tan, Model-free optimization scheme for efficiency improvement of wind farm using decentralized reinforcement learning, IFAC-PapersOnLine, vol. 53, no. 2, pp. 12103±12108, 2020. 21st IFAC World Congress »). Ces méthodes ont été testées sur des simulateurs qui négligent les temps de propagation du sillage. Or, si on applique ces méthodes en prenant en compte les temps de propagation de sillage, ces méthodes ne sont plus aussi performantes, notamment pour la convergence et pour la puissance produite. De plus, il est démontré dans le document « P. Stanfel, K. Johnson, C. J. Bay, and J. King, A distributed reinforcement learning yaw control approach for wind farm energy capture maximization*, in 2020 American Control Conference (ACC), pp. 4065±4070, 2020 » que des méthodes de contrôle du lacet efficaces peuvent être rendues complètement inopérantes lorsque le temps de propagation du sillage est pris en compte dans des simulations plus réalistes.
Les demandes de brevet EP3997335 et US2022186709 décrivent également des méthodes d’apprentissage par renforcement. Toutefois, aucune de ces méthodes ne permet une gestion du délai de propagation du sillage dans la ferme d’éoliennes. De plus, dans la demande de brevet EP3997335, seule une portion d’une ferme d’éoliennes est considérée, ce qui ne permet pas un contrôle optimal sur l’ensemble de la ferme d’éoliennes. En outre, dans la demande de brevet US2022186709, l’objectif résolu concerne la stabilisation de la puissance en sortie du parc éolien sous conditions de vent variés. Cette méthode ne permet donc pas notamment une maximisation de la puissance produite.
Peu de stratégies ont été utilisées pour traiter le temps de propagation du sillage dans les problèmes d’optimisation des parcs éoliens. Dans le document précité (DONG et al., 2021), le problème est délégué à un algorithme d’apprentissage qui apprend à prédire l’impact d’un changement de lacet à partir de mesures faites à lacet constant avant le déploiement dans le parc éolien. Cela découple toutefois le signal de récompense de la sortie actuelle de la ferme d’éoliennes, ce qui limite l’adaptabilité de l’algorithme et le rend vulnérable à la défaillance d’une turbine individuelle. Dans le document précité (STANFEL et al., 2020) le parc éolien est divisé en sous-ensembles au sein desquels une seule turbine à la fois est autorisée à changer de lacet, une stratégie dite de « verrouillage ». Cependant, cette stratégie de verrouillage ralentit excessivement la convergence pour tous les agents.
L’invention a pour but de contrôler une ferme d’éoliennes en temps réel pour maximiser la puissance électrique produite, quelle que soit l’implémentation des éoliennes au sein de la ferme d’éoliennes, et avec une convergence rapide. Dans ce but, la présente invention concerne un procédé de contrôle d’une ferme d’éoliennes, dans lequel on met en œuvre de manière décentralisée (pour chaque éolienne) une méthode d’apprentissage par renforcement, pour laquelle la récompense est calculée en fonction d’un temps de propagation du sillage. Ainsi, la récompense est bien représentative de l’effet de la dernière action (contrôle du lacet antérieur), ce qui permet de maximiser la puissance produite par la ferme d’éoliennes. La mise en œuvre d’une méthode d’apprentissage par renforcement pour chaque éolienne permet l’adaptation du procédé pour toute ferme d’éoliennes, et permet aussi une convergence rapide.
En outre l’invention concerne une ferme d’éoliennes apte à mettre en œuvre le procédé de contrôle.
L’invention concerne un procédé de contrôle d’une ferme d’éoliennes, chaque éolienne de ladite ferme d’éoliennes comprenant un actionneur pour modifier un point de fonctionnement de ladite éolienne, notamment l’angle de lacet de ladite éolienne, l’angle de lacet étant l’angle formé entre une turbine de ladite éolienne et une direction du vent. Pour ce procédé, on met en œuvre les étapes suivantes : On acquiert une puissance produite par chaque éolienne, une vitesse et une direction du vent, et l’angle de lacet de chaque éolienne ; Pour chaque éolienne, on détermine un délai de propagation de sillage formé par ladite éolienne, en fonction de ladite vitesse et ladite direction du vent acquises, ainsi que d’un agencement desdites éoliennes au sein de ladite ferme d’éoliennes ; Pour chaque éolienne, on détermine une valeur d’une récompense représentant un impact d’un contrôle de l’éolienne notamment sur la somme des puissances produites par toutes les éoliennes de ladite ferme d’éolienne, ladite récompense étant calculée en prenant en compte ledit délai de propagation de sillage déterminé ; Pour chaque éolienne, on applique une méthode d’apprentissage automatique par renforcement pour déterminer un point de fonctionnement cible de ladite éolienne en fonction de ladite récompense déterminée et de l’angle de lacet antérieur ; et On contrôle le point de fonctionnement de chaque éolienne en appliquant ledit point de fonctionnement cible déterminé au moyen dudit actionneur.
Selon un mode de réalisation, on détermine ledit délai de propagation de sillage au moyen d’une hypothèse de turbulence figée de Taylor.
Conformément à une mise en œuvre, on détermine ledit délai de propagation de sillage en prenant en compte une distance limite de sillage.
Avantageusement, ladite méthode d’apprentissage par renforcement est une méthode de Q-learning de Watkins.
Selon un aspect, pour chaque éolienne, on détermine ladite récompense lorsque la durée écoulée depuis le dernier contrôle est supérieure audit délai de propagation de sillage déterminé.
Selon une configuration, ledit contrôle de l’angle de lacet est une variation d’un pas fixe dudit angle de lacet.
De manière avantageuse, on acquiert ladite vitesse et ladite direction du vent par mesure au moyen d’un capteur LiDAR, ou d’un anémomètre, ou par mesure au moyen d’un système de contrôle et d’acquisition de données en temps réel.
Conformément à un mode de réalisation, l’angle de lacet acquis est ledit angle de lacet contrôlé antérieur.
Selon une mise en œuvre, on détermine ladite récompense en prenant en compte une moyenne des puissances produites pendant un intervalle de temps prédéterminé.
De plus, l’invention concerne une ferme d’éoliennes, pour laquelle chaque éolienne de ladite ferme d’éoliennes comprend un actionneur pour modifier un point de fonctionnement de l’éolienne, notamment l’angle de lacet de ladite éolienne, l’angle de lacet étant l’angle formé entre la turbine de ladite éolienne et une direction du vent. Ladite ferme d’éoliennes comprend des moyens informatiques pour mettre en œuvre le procédé de contrôle d’une ferme d’éoliennes selon l’une des caractéristiques précédentes.
La , déjà décrite, illustre l’angle de lacet d’une éolienne.
La illustre les étapes du procédé de contrôle selon un mode de réalisation de l’invention.
La illustre deux implémentations de ferme d’éoliennes pour deux exemples.
La illustre, pour les deux exemples de la , l’effet de sillage de chaque éolienne, avec un procédé de contrôle selon l’art antérieur.
La illustre, pour le premier exemple, des courbes de puissance totale produite par la ferme d’éoliennes en fonction du temps, pour une méthode selon l’art antérieur et pour le procédé selon un mode de réalisation.
La illustre, pour le premier exemple, les courbes de l’angle de lacet de chaque éolienne en fonction du temps.
La illustre, pour le premier exemple, les courbes de puissance produite de chaque éolienne en fonction du temps.
La illustre, pour le deuxième exemple, des courbes de puissance totale produite par la ferme d’éoliennes en fonction du temps, pour une méthode selon l’art antérieur et pour le procédé selon un mode de réalisation.
La illustre, pour le deuxième exemple, les courbes de l’angle de lacet de chaque éolienne en fonction du temps.
La illustre, pour le deuxième exemple, les courbes de puissance produite de chaque éolienne en fonction du temps.
La présente invention concerne un procédé de contrôle en temps réel d’une ferme d’éoliennes. Une ferme d’éoliennes, également appelé parc éolien ou centrale éolienne est un site regroupant une pluralité d’éoliennes produisant de l’électricité. Chaque éolienne (également appelée par abus de langage turbine) de la ferme d’éoliennes comprend un actionneur pour modifier un point de fonctionnement de l’éolienne. Un exemple de point de fonctionnement peut être l’angle de lacet (de l’anglais « yaw ») de l’éolienne. D’autres points de fonctionnement peuvent être notamment le bridage de l’éolienne, ou la modification de la courbe de puissance de l’éolienne. La position des éoliennes au sein de la ferme d’éoliennes, appelée également agencement des éoliennes ou implémentation des éoliennes, est préalablement connue.
Dans la suite de la description, seul le contrôle de l’angle de lacet est décrit, toutefois d’autres points de fonctionnement peuvent être contrôlés.
1) Acquisition des puissances produites, de la vitesse et direction du vent, des angles de lacet
2) Détermination du délai de propagation du sillage de chaque éolienne
Ce coffre de volet roulant 1 comporte pour cela un ensemble de parois longitudinales, à savoir :
(i) deux parois frontales 2, 3 verticales qui s’étendent à distance et en regard l’une de l’autre, à savoir - une paroi frontale intérieure 2 de coffre (ou « paroi avant ») destinée à se situer du côté intérieur I du bâtiment et - une paroi frontale extérieure 3 de coffre (ou « paroi arrière ») destinée à se situer du côté extérieur E du bâtiment ;
(ii) une paroi inférieure 4 de coffre, horizontale, communément dénommée « sous-face », qui vient au-dessous de l’arbre de volet roulant A sur lequel est enroulé le tablier de volet roulant, et qui délimite, avec la paroi frontale extérieure 3, une lumière 5 pour le passage de ce tablier de volet roulant entre ses configurations repliée/déployée, et
(iii) une paroi supérieure 6 de coffre, horizontale, venant au-dessus du tablier de volet roulant rapporté, et s’étendant à distance et en regard de la paroi inférieure 4 de coffre.
Le coffre de volet roulant 1 est encore délimité, sur les côtés, par deux parois latérales 7, consistant ici en des pièces dénommées « joues latérales », « flasques » ou « embouts ».
Ces deux joues latérales 7 relient la paroi inférieure 4 de coffre et la paroi supérieure 6 de coffre.
Les quatre parois longitudinales 2, 3, 4, 6, et les deux joues latérales 7, délimitent ensemble le volume intérieur V du coffre de volet roulant 1.
La distance qui sépare la paroi frontale intérieure 2 et la paroi frontale extérieure 3 définit la largeur du volume intérieur V ; La distance qui sépare la paroi inférieure 4 de coffre et la paroi supérieure 6 de coffre définit la hauteur du volume intérieur V ; et la distance qui sépare les deux joues latérales 7 définit la longueur du volume intérieur V.
Les différentes parois 2, 3, 4, 6 et 7 du coffre de volet roulant 1 consistent ici en des pièces réalisées en un matériau thermoplastique isolant thermique, par exemple en Polychlorure de vinyle (ou PVC).
En particulier, les parois longitudinales 2, 3, 4 et 6 consistent avantageusement en des profilés qui sont fabriqués par extrusion.
De manière alternative, ces parois 2, 3, 4, 6 et 7 peuvent être réalisées en tout autre matériau approprié, par exemple en bois ou en un matériau thermoplastique autre que le PVC.
Dans le mode de réalisation illustré, le coffre de volet roulant 1 intègre une plaque 10 réalisée en matériau isolant, par exemple en polystyrène, rapportée ici dans le volume intérieur V et du côté de la paroi frontale intérieure 2.
Cette plaque de matériau isolant 10 a une épaisseur de quelques centimètres et elle s’étend de préférence sur toute la hauteur et toute la longueur du coffre de volet roulant 1.
La plaque de matériau isolant 10 est prévue amovible. Elle a la possibilité d’être retirée du volume intérieur V du coffre de volet roulant 1.
Sur les figures 2, 4 et 5 le coffre de volet roulant 1 est illustré sans la plaque de matériau isolant 10. D’autre part, sur les figures 1, 2, 4 et 5, la paroi frontale intérieure 2 a été retirée.
Une face externe de la paroi inférieure 4 de coffre, orientée vers l’extérieur du coffre de volet roulant 1, vient reposer sur la face supérieure de la traverse supérieure T du dormant de menuiserie.
L’invention permet d’optimiser les échanges de chaleur afin d’augmenter la température des fluides renvoyés au compresseur depuis la partie la plus froide du procédé, afin de pouvoir récupérer plus de calories issues de leur compression et de la condensation/densification du CO 2 , tout en ayant un impact sur l’énergie de compression du CO 2 modéré. Cela peut être considéré comme contre-intuitif de réchauffer avant la compression, mais l’impact sur l’énergie de compression est minimisé puisque les débits recyclés sont diminués car plus de froid est transféré au CO 2 en cours de densification.
Les fluides sont réchauffés contre le CO2 qui est lui-même refroidi par un fluide (par exemple l’eau du chauffage urbain) qui est à la température ambiante ou qui est légèrement chaud (par exemple au plus 40°C). Donc, en tenant compte des températures d’approche, les gaz recyclés sont entre 20 et 50°C là où on recyclait entre 0°C et 20°C avant la mise en place de l’invention.
En particulier, il s’agit de tirer le plus possible parti de la chaleur récupérable lors du refroidissement en sortie du compresseur.
Cela permet aussi de diminuer significativement la demande en eau ou air ambiant pour la condensation/densification du CO 2 , ce qui a son importance en particulier lorsqu’il s’agit d’eau (son système de production étant ainsi plus petit).
Selon un objet de l’invention, il est prévu un procédé de liquéfaction ou de séparation d’un débit d’alimentation riche en CO 2 comprenant les étapes suivantes :
a) compression du débit d’alimentation à partir d’une pression initiale jusqu’à une première pression supérieure à 30 bara pour obtenir un débit d’alimentation à la première pression et à une première température
b) refroidissement du débit d’alimentation à la première pression et la première température par un débit d’eau ou d’huile à une deuxième température inférieure à la première température pour former un débit d’alimentation à la première pression et à une troisième température
c) refroidissement du débit d’alimentation à la première pression et la troisième température pour former un débit d’alimentation à la première pression et à une quatrième température par échange de chaleur avec au moins un flux dérivé du débit d’alimentation, par exemple au moins une fraction détendue du débit d’alimentation liquéfié
d) refroidissement du débit d’alimentation à la première pression et à la quatrième température par échange de chaleur avec un débit de fluide à une température entre 5 et 40°C pour former un débit d’alimentation à la première pression et à une cinquième température
et au moins une partie du débit d’alimentation à la première pression et à la cinquième température étant liquéfiée et éventuellement séparée par condensation partielle et/ou par distillation pour former un produit liquide, éventuellement une portion de la partie liquide étant également séparée par condensation partielle et/ou par distillation.
Selon d’autres caractéristiques facultatives : le débit d’eau ou d’huile est chauffé à partir de la deuxième température jusqu’à une température supérieure à 40°C, de préférence supérieure à 80°C, voire supérieure à 90°C dans l’étape b). le procédé comprenant les étapes de :
e) refroidissement du débit d’alimentation à la première pression et à la cinquième température jusqu’à une sixième température
f) le débit d’alimentation à la sixième température est détendu jusqu’à une deuxième pression supérieure à 5,1 bars et une septième température inférieure à la sixième température mais supérieure à -56,6°C, formant une fluide diphasique qui est séparé en une partie gazeuse et une partie liquide,
g) au moins une portion de la partie liquide échangeant de la chaleur avec le débit d’alimentation pour effectuer le refroidissement des étapes c) et e) et
h) au moins une partie de la partie gazeuse étant liquéfiée et éventuellement séparée par condensation partielle et/ou par distillation pour former un produit liquide, éventuellement une portion de la partie liquide étant également séparée par condensation partielle et/ou par distillation. le refroidissement de l’étape c) a lieu dans un premier échangeur de chaleur et le refroidissement de l’étape e) a lieu dans un deuxième échangeur de chaleur. le refroidissement de l’étape c) et de l’étape d) a lieu dans un seul échangeur de chaleur. l’au moins une portion de la partie liquide servant au refroidissement de l’étape c) et e) produit par liquéfaction pendant la détente jusqu’à la deuxième pression formant un débit liquide qui se vaporise pendant l’étape c) et/ou l’étape e). la portion réchauffée pendant le refroidissement des étapes c) et e) est envoyée à l’entrée d’un étage de compression où se comprime le débit d’alimentation. la portion réchauffée du débit d’alimentation est envoyée à l’entrée d’un étage de compression à une pression égale ou supérieure à la pression initiale mais de préférence inférieure à la première pression. au moins un flux gazeux produit pendant la liquéfaction ou éventuellement la séparation du débit d’alimentation est envoyé à une température supérieure à 0°C se réchauffer par échange de chaleur avec le débit d’alimentation qui se refroidit pendant les étapes c) et éventuellement e), l’au moins un flux gazeux étant comprimé à partir d’une pression au plus égale à la pression initiale et ensuite mélangé avec le débit d’alimentation à la pression initiale. au moins une étape de compression du débit d’alimentation ou de l’au moins un flux gazeux est adiabatique. le débit d’eau ou d’huile à la deuxième température est chauffé jusqu’à au moins 60°C et éventuellement moins que 150°C pendant l’étape b). la deuxième température est entre 5 et 50°C. la troisième température est entre 40°C et 60°C, voire 50°C. la densité du débit d’alimentation à la cinquième température est au-dessus de 400kg/m3, voire au-dessus de 600 kg/m3. le flux dérivé du débit d’alimentation peut être : dérivé en liquéfiant le débit d’alimentation au moins en partie et en prélevant au moins une fraction détendue du débit d’alimentation liquéfié dérivé en séparant le débit d’alimentation pour former un gaz dérivé en séparant le débit d’alimentation pour former un liquide.
Procédé de contrôle d’une ferme d’éoliennes au moyen d’une méthode d’apprentissage par renforcement La présente invention concerne le domaine du contrôle d’une ferme d’éoliennes pour maximiser la puissance produite.
Une ferme d’éoliennes, également appelé parc éolien ou centrale éolienne est un site regroupant une pluralité d’éoliennes produisant de l’électricité. Ce site peut être sur terre ou en mer. On distingue ainsi des fermes éoliennes terrestres et des fermes éoliennes « offshore », c’est-à-dire en mer.
Les éoliennes de ces fermes sont généralement des éoliennes à axe de rotation horizontal qui disposent d’un système pour orienter l’axe de rotation horizontal dans le sens de la direction du vent, afin de maximiser l’énergie récupérée par l’éolienne. Une éolienne permet de transformer l'énergie cinétique du vent en énergie électrique ou mécanique. Pour la conversion du vent en énergie électrique, elle se compose des éléments suivants :