EP4100643A1 - Dispositif exploitant l'énergie de la houle pour produire de l'énergie électrique avec systeme d'amplification - Google Patents

Dispositif exploitant l'énergie de la houle pour produire de l'énergie électrique avec systeme d'amplification

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EP4100643A1
EP4100643A1 EP21707398.0A EP21707398A EP4100643A1 EP 4100643 A1 EP4100643 A1 EP 4100643A1 EP 21707398 A EP21707398 A EP 21707398A EP 4100643 A1 EP4100643 A1 EP 4100643A1
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swell
float
hydraulic
movement
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Oussama NOUR
Mohamed Taha EL OUARYACHI
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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the invention that is the subject of the present description is a device designed to be backed up against vertical sea or port protection dikes, allowing the production of energy, and more precisely in the field of the production of electrical energy from the energy of the swell.
  • the field of the invention is the exploitation of wave energy or wave energy, contained in the movement of the swell, that is to say from successive waves born from the effect of the wind at the surface of the sea and sometimes spread over very long distances.
  • wave energy or wave energy contained in the movement of the swell, that is to say from successive waves born from the effect of the wind at the surface of the sea and sometimes spread over very long distances.
  • wave energy or wave energy contained in the movement of the swell, that is to say from successive waves born from the effect of the wind at the surface of the sea and sometimes spread over very long distances.
  • wave energy or wave energy contained in the movement of the swell
  • the objectives of the present invention are:
  • the device which is the subject of the invention has the particularity of capturing directly, through a free float, the variation of the vertical sea level due to the swell, that is to say, it directly exploits the translational movements.
  • vertical sea or port protection dikes By equipping vertical sea or port protection dikes with this device, we benefit from the advantages of on-shore (accessibility, connection, shelters, low investment and maintenance cost) while being offshore (non-damped swell - full energy around vertical protective dikes).
  • the device By controlling the interactions with the fixing elements, thanks to a system of triple rails installed on the wall of the dike, the device makes it possible to widen the field of exploitation of the energy of swell by going towards amplitudes of swell more important.
  • the device is equipped with an amplification system making it possible to channel incident swells and amplify the energy incident to the device, which will optimize its efficiency and extend the operating periods.
  • the device is equipped with a self-balancing system based on float density distribution to limit parasitic movements, as well as a ballasting system for total immersion in the event of a strong storm.
  • Figure 1 shows a top view of the device installed on a vertical protective dike with amplification.
  • Figure 2 shows a side sea view of the device installed on a vertical protective dike with amplification.
  • the device is composed of a free float (1) making it possible to directly exploit the variation of the sea capturing the energy of the swell in the form of potential energy.
  • the float has a minimum average density of 0.8 with a post ballasting density of up to 1.05. This float includes:
  • the float (1) is guided by a lateral movement pipe system (2), with 3 rails taking advantage of the support and verticality of the box walls, to ensure the horizontality and the follow-up of the upward / downward movement.
  • the stroke of the motion channeling system is designed to sweep all cases of exploitable swell energy.
  • the use of the walls makes it possible to extend the operating interval of the device to the large amplitudes of the swell. No contact between the wall of the vertical dikes and the float (1) is allowed thanks to the movement pipe system (2).
  • Cylinders (5) which transform mechanical energy into hydraulic energy, by exploiting the two directions of movement, upward and downward.
  • Controlled flow pressure accumulators (7) which receive variable hydraulic energy and transmit at output a continuous and uniform flow with a capacity which reaches 20 cycles of upward downward movement (10 min maximum).
  • a hydroelectric turbine (9) making it possible to transform the flow of hydraulic energy into electrical energy.
  • Sensitive components are housed in conditions of optimal durability.
  • This invention can be used in:
  • the shape of the vertical wall can be flat or the like.
  • the objective is to revolutionize the role of port or maritime protection facilities, by moving from swell hunting to its use to produce green energy.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif exploitant l'énergie de la houle pour la convertir en énergie électrique passant par l'énergie hydraulique. Ce dispositif est installé sur les ouvrages maritimes à parois verticales et comprend : un flotteur libre (1) qui exploite la variation du niveau de mer verticale due à la houle, guidé par un système de canalisation de mouvement latéral à triple rails (2) installés sur des parois verticales; un support reliant le flotteur (1) à un système hydraulique de vérins (5) permet de convertir l'énergie mécanique en énergie hydraulique dans les deux sens de mouvement, ascendant et descendant; un système d'amplification d'énergie (4) pour optimiser le rendement du dispositif; une centrale hydraulique; des accumulateurs de pression (7); un bac à huile (8) et une turbine hydro-électrique (9) qui permettent la conversion de l'énergie hydraulique en énergie électrique.

Description

DISPOSITIF EXPLOITANT L'ÉNERGIE DE LA HOULE POUR PRODUIRE DE L'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE AVEC SYSTEME D'AMPLIFICATION
Domaine
L'invention objet de la présente description est un dispositif conçu pour être adossé aux digues verticales de protection maritimes ou portuaires, permettant la production d'énergie, et plus précisément au domaine de la production d'énergie électrique à partir de l'énergie de la houle.
Le domaine de l'invention est l'exploitation de l'énergie houlomotrice ou l'énergie des vagues, contenue dans le mouvement de la houle, c'est-à-dire à partir de vagues successives nées de l'effet du vent à la surface de la mer et parfois propagées sur de très longues distances. Il existe différents dispositifs pour exploiter cette énergie. De nombreux systèmes sont actuellement à l'étude, certains sont déjà commercialisés.
Contexte
L'exploitation de l'énergie de la houle pour création d'énergie électrique verte est un domaine en pleine recherche dans le monde.
Pour les technologies basées sur un flotteur, les plus comparables à la présente invention varient entre :
• Celles à articulation, qui présente un inconvénient de limitation d'énergie captée en passant par la conversion d'une rotation à une translation, ce qui pénalise le rendement de la solution, on prend l'exemple de la solution commercialisée sous le nom d'Eco wave power, N° WO2013054326A8 ou aussi la plateforme semi-immersibles N° WO2014162096A1.
• Celles à piston centrale, qui nécessite un investissement important pour la fixation du piston en fond marin ainsi que le raccordement au réseau électrique.
Les problématiques qui seront comblées par notre invention sont :
• La limitation du fonctionnement due aux faibles charges et aux conditions de tempête ;
• Le raccordement électrique en mer pour les systèmes qui envisagent une exploitation en offshore lointain ;
• L'ancrage, l'installation et l'accessibilité en milieu marin ;
• La configuration du dispositif atténuant l'absorbation de toute l'énergie incidente, en passant par différentes formes de mouvement ;
• Le coût important de l'investissement et de maintenance ;
Les objectifs de la présente invention sont :
• Optimiser le rendement de transformation de l'énergie de la houle en énergie électrique ;
• Minimiser la chaîne de transformation d'énergie en restant dans la même forme de mouvement (translation) ;
• Minimiser les coûts d'investissement et d'exploitation ;
• Elargir le champ de fonctionnement du dispositif dépendant des conditions de houle ;
• Maîtriser la fluctuation de l'énergie sortante ;
• Assurer une alimentation en énergie verte la plus proche des aménagements portuaires et maritimes ; Identification
Le dispositif objet de l'invention a la particularité de capter directement, à travers un flotteur libre, la variation du niveau de mer verticale due à la houle, c'est à dire, il exploite directement les mouvements de translation. En dotant les digues verticales de protection maritimes ou portuaires de ce dispositif, on profite des avantages de l'on-shore (accessibilité, raccordement, abris, à faible investissement et coût de maintenance) tout en étant offshore (houle non amortie - pleine énergie aux alentours des digues de protection verticales). En maîtrisant les interactions avec les éléments de fixation, grâce à un système de canalisation à triple rails installés sur paroi de la digue, le dispositif permet d'élargir le champ d'exploitation de l'énergie de houle en allant vers des amplitudes de houle plus importantes.
Le dispositif est doté d'un système d'amplification en permettant de canaliser les houles incidentes et d'amplifier l'énergie incidente au dispositif ce qui va optimiser son rendement et élargir les périodes de fonctionnement.
Le dispositif est doté d'un système d'auto-équilibrage basé sur répartition de densité de flotteur pour limiter les mouvements parasites, ainsi qu'un système de ballastage pour immersion totale en cas de forte tempête.
La figure 1 présente une vue en haut du dispositif installé sur une digue verticale de protection avec amplification.
La figure 2 présente une vue latérale côté mer du dispositif installé sur une digue verticale de protection avec amplification.
Le dispositif est composé d'un flotteur (1) libre permettant d'exploiter directement la variation de la mer captant l'énergie de la houle sous forme d'énergie potentielle. Le flotteur a une densité moyenne minimale de 0,8 avec une densité après ballastage allant jusqu'au 1,05. Ce flotteur comprend :
• un système d'auto-équilibrage (1-a) grâce à des vannes qui maîtrisent le remplissage des chambres à l'intérieur du flotteur pour assurer une répartition du poids qui équilibre les surpressions variables de la variation du niveau de mer sous le flotteur due au système d'amplification (4) de la houle.
• un système de ballastage automatique (1-b) permettant de noyer le flotteur en cas de tempête ou de faire monter le flotteur après la fin de tempête
Le flotteur (1) est guidé par un système de canalisation de mouvement latéral (2), avec 3 rails profitant du support et de la verticalité des parois de caissons, pour assurer l'horizontalité et le suivi du mouvement ascendant/descendant. La course du système de canalisation du mouvement est conçue afin de balayer tous les cas à énergie de houle exploitable. L'exploitation des parois permet d'étendre l'intervalle de fonctionnement du dispositif aux amplitudes importantes de la houle. Aucun contact entre paroi des digues verticales et flotteur (1) n'est permis grâce au système de canalisation de mouvement (2).
Un support rigide (3) reliant le flotteur à un système hydraulique de vérins (5) permettant de convertir l'énergie mécanique en hydraulique dans les deux sens de mouvement, ascendant et descendant, le support permet de convertir une translation verticale à une translation horizontale des pistons des vérins (5).
Un système d'amplification d'énergie (4) pour optimiser le rendement du dispositif permettant de canaliser l'énergie de la houle grâce à des structures gonflables supportées sur caissons à paroi plane verticale, le flotteur est placé en pleine zone de convergence d'énergie, pour les digues verticales qui présente cette forme d'amplification, que ce soit oblique ou triangulaire, le dispositif va profiter directement de cette amplification sans recours au système d'amplification (4).
Des vérins (5) qui transforment l'énergie mécanique en énergie hydraulique, en exploitant les deux sens de mouvement, ascendant et descendant.
Une centrale hydraulique (6) pour gestion des jonctions et flux entre les différents vérins.
Des accumulateurs de pression (7) à débit contrôlé qui reçoivent une énergie hydraulique variable et transmet en sortie un flux continu et uniforme avec une capacité qui atteint 20 cycles de mouvement ascendant descendant (10 min maximum).
Un bac à huile (8) pour assurer la continuité de chaîne de fluide, huile à haute pression - huile basse pression qui sort de la turbine (9).
Une turbine hydro-électrique (9) permettant de transformer le flux d'énergie hydraulique en énergie électrique.
Une interface de gestion (10) de courant de sortie et d'injection dans le réseau électrique permettant une harmonisation de tension et de fréquence.
Les composantes sensibles sont abritées dans les conditions de durabilité optimale.
Cette invention est exploitable dans :
• Aménagements portuaires : Les digues de protection en caissons ou en parois verticales
• Aménagements touristiques exposés à la mer : Les murs de protection verticaux
• Aménagements maritimes avec une liaison à paroi vertical avec la mer
A noter que la forme de la paroi verticale peut être plane ou autre.
L'objectif est de révolutionner le rôle des aménagements portuaires ou maritimes de protection, en passant de la chasse de la houle à son exploitation pour produire une énergie verte.

Claims

Revendications
1. Dispositif exploitant l'énergie de la houle qui comprend : un flotteur (1) libre qui exploite la variation du niveau de mer verticale due à la houle, guidé par un système de canalisation de mouvement latéral à triple rails (2) installés sur des parois verticales ; un support (3) reliant le flotteur à un système hydraulique de vérins (5) permet de convertir l'énergie mécanique en énergie hydraulique dans les deux sens de mouvement, ascendant et descendant ; un système d'amplification d'énergie (4) pour optimiser le rendement du dispositif ; une centrale hydraulique (6) ; des accumulateurs de pression (7) ; un bac à huile (8) et une turbine hydro-électrique (9) qui permettent la conversion de l'énergie hydraulique en énergie électrique.
2. Dispositif exploitant l'énergie de la houle selon la revendication 1, dans lequel le flotteur (1) libre permet d'exploiter directement les mouvements de translation verticale (variation du plan d'eau) captant l'énergie de la houle sous forme d'énergie potentielle (lors de son mouvement descendant) et cinétique (lors de son mouvement ascendant).
3. Dispositif exploitant l'énergie de la houle selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le système d'auto-équilibrage (1-a) utilise des vannes qui adaptent le remplissage des chambres à l'intérieur du flotteur pour assurer une répartition du poids qui équilibre les surpressions variables de la variation du niveau de mer sous le flotteur due au système d'amplification (4) de la houle.
4. Dispositif exploitant l'énergie de la houle selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système de ballastage automatique (1-b) permet de noyer le flotteur en cas de tempête (grâce au ballastage) ou de faire monter le flotteur après la fin de tempête (grâce au vidange ou déballastage).
5. Dispositif exploitant l'énergie de la houle selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système de canalisation de mouvement latéral (2), avec 3 rails profitant du support et de la verticalité des parois de caissons, pour assurer l'horizontalité et le suivi du mouvement ascendant/descendant et permet un degré de liberté de rotation sur l'axe orthogonale à la direction de la houle amplifiée en plan horizontal pour éviter le blocage.
G. Dispositif exploitant l'énergie de la houle selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la position de l'extrémité du support (3) attachée au flotteur (1) varie instantanément suivant le centre d'application des efforts sur le flotteur (1).
7. Dispositif exploitant l'énergie de la houle selon l'une des revendications précédentes, dispose d'un système d'amplification d'énergie (4) par convergence de la houle incidente via sa forme géométrique.
8. Dispositif exploitant l'énergie de la houle selon l'une des revendications précédentes, qui exploite les systèmes d'amplification de la houle prédisposés dans les ouvrages à parois verticales pour création de l'énergie électrique.
9. Dispositif exploitant l'énergie de la houie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système de vérins (5) transforme l'énergie mécanique en énergie hydraulique, en exploitant les deux sens de mouvement, ascendant et descendant.
10. Dispositif exploitant l'énergie de la houle selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'effort nominal dû aux vérins (5) et l'énergie nominale absorbée par les vérins (5) sont asservis en fonction de l'amplitude de la houle amplifiée.
EP21707398.0A 2020-02-07 2021-01-13 Dispositif exploitant l'énergie de la houle pour produire de l'énergie électrique avec systeme d'amplification Pending EP4100643A1 (fr)

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