FR2540567A1 - Device for recovering energy from the swell - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne le domaine de la production d'énergie, notamment à partir de sources d'énergie renouvelables, et plus particulièrement à partir de l'énergie de la houle, et a pour objet un dispositif de récupération de l'énergie de la houle. The present invention relates to the field of energy production, in particular from renewable energy sources, and more particularly from wave energy, and relates to a device for recovering the energy of the swell.
Actuellement, les dispositifs de récupération de l'énergie de la houle, notamment en vue de sa transformation en énergie électrique, sont généralement constitués, soit sous forme de dispositifs faisant intervenir des variations de niveau d'une colonne d'eau oscillante, soit sous forme de dispositifs transformant le mouvement alternatif des vagues en un écoulement unidirectionnel, soit encore sous forme de dispositifs mécaniques comportant des parties mobiles entre elles. Currently, devices for recovering swell energy, in particular with a view to converting it into electrical energy, are generally constituted, either in the form of devices involving variations in the level of an oscillating water column, or under form of devices transforming the alternating movement of the waves into a unidirectional flow, or again in the form of mechanical devices comprising parts movable between them.
Les dispositifs utilisant le principe de la colonne d'eau oscillante comportent généralement une turbine entraînée directement par l'eau et reliée à un générateur au moyen d'une surmultiplication ou encore une turbine à air fonctionnant grâce à l'air comprimé par la colonne d'eau et entraînant directement un générateur. Cependant de tels dispositifs ne permettent pas des rendements énergétiques élevés et leur fonctionnement optimal n'est possible que dans une plage de fréquences relativement étroite. The devices using the principle of the oscillating water column generally comprise a turbine driven directly by the water and connected to a generator by means of an overdrive or an air turbine functioning thanks to the compressed air by the column d and directly driving a generator. However, such devices do not allow high energy yields and their optimal operation is only possible in a relatively narrow frequency range.
Les dispositifs de transformation du mouvement alternatif des vagues en un écoulement unidirectionnel comportent des bassins d'accumulation, à partir desquels l'eau est dirigée vers des turbines d'entraînement de générateurs. Toutefois, ces dispositifs, sensibles à la direction de la houle, sont tributaires, en outre, de la hauteur des vagues, de sorte que leur rendement est relativement faible. De plus, de tels dispositifs nécessitent des ouvrages de génie civil importants devant être construits relativement près des côtes et donc sensibles à la marée. The devices for transforming the alternating movement of the waves into a unidirectional flow comprise accumulation tanks, from which the water is directed to generator drive turbines. However, these devices, sensitive to the direction of the swell, are dependent, in addition, on the height of the waves, so that their performance is relatively low. In addition, such devices require major civil engineering works to be built relatively close to the coast and therefore sensitive to the tide.
Enfin, les dispositifs mécaniques formés par des parties mobiles entre elles, et qui entraînent, au moyen de leviers, ou analogues, des pompes hydrauliques ou pneumatiques débitant dans des moteurs ou des turbines accouplés à des générateurs, presentent un rendement relativement faible du fait de l'absence de point fixe permettant une utilisa tion maximale des déplacements relatifs. Finally, the mechanical devices formed by parts movable between them, and which drive, by means of levers, or the like, hydraulic or pneumatic pumps delivering in motors or turbines coupled to generators, have a relatively low efficiency due to the absence of a fixed point allowing maximum use of relative displacements.
La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. The present invention aims to overcome these drawbacks.
Elle a, en effet, pour objet un dispositif de récupération de l'énergie de la houle caractérlsé en ce qu'il est essentiellement constitué par un élément creux de grande dimension logeant une ou plusieurs génératrices de courant continu entraînée chacune par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission à surmultiplication au moyen d'un arbre moteur logé dans deux paires de paliers de la partie inférieure de l'élément creux et muni près de ses extrémités entre chaque paire de paliers, d'un pignon d'entraînement coopérant avec des chalnes, dont les extrémités sont accrochées à des câbles respectivement d'ancrage dans le sol marin et de liaison à un lest, chaque pignon étant logé dans un puits aménagé entre lesdits paliers de réception, par des accumulateurs de réception du courant débité par la ou les génératrices, et par au moins un alternateur entraîné par un moteur à courant continu, alimenté par les accumulateurs ou directement par la ou les génératrices de courant continu cet alternateur débitant un courant, qui est acheminé à terre, après transformation à haute tension, au moyen de câbles blindés, et en ce que le lest présente une masse telle que la stabilité de lélé- ment creux soit assurée tout en permettant qu'un volume maximal de ce dernier reste émergé
L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en élévation et en coupe d'un dispositif conforme à l'invention, et la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1 d'une variante de réalisation du dispositif.It has, in fact, for its object a device for recovering the energy of the swell, characterized in that it essentially consists of a large hollow element housing one or more direct current generators each driven by means of '' an overdrive transmission mechanism by means of a drive shaft housed in two pairs of bearings in the lower part of the hollow element and provided near its ends between each pair of bearings, with a drive pinion cooperating with chalnes, the ends of which are hooked to cables respectively for anchoring in the sea floor and for connecting to a ballast, each pinion being housed in a well arranged between said reception bearings, by accumulators for receiving the current delivered by the or the generators, and by at least one alternator driven by a DC motor, powered by the accumulators or directly by the DC generator (s) this alter nator delivering a current, which is routed to earth, after high-voltage transformation, by means of shielded cables, and in that the ballast has a mass such that the stability of the hollow element is ensured while allowing a volume maximum of the latter remains emerged
The invention will be better understood thanks to the description below, which relates to preferred embodiments, given by way of nonlimiting examples, and explained with reference to the appended schematic drawings, in which FIG. 1 is a view in elevation and in section of a device according to the invention, and Figure 2 is a view similar to that of Figure 1 of an alternative embodiment of the device.
Conformément à l'invention, et comme le montre plus particulièrement, à titre d'exemple, la figure 1 des dessins annexés, le dispositif de récupération de l'énergie de la houle est essentiellement constitué par un élément creux 1 de grande dimension, dans lequel sont logées des génératrices 2 de courant continu, qui sont entraînées chacune, par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission 3 à surmultiplication, au moyen d'un arbre moteur 4, par un lest 5, par des accumulateurs 6 de réception du courant débité par les génératrices 2, et par un alternateur 7 entraîné par un moteur à courant continu 8. In accordance with the invention, and as shown more particularly, by way of example, FIG. 1 of the accompanying drawings, the device for recovering the energy of the swell is essentially constituted by a hollow element 1 of large dimension, in which are housed generators 2 of direct current, which are each driven, by means of a transmission mechanism 3 with overdrive, by means of a motor shaft 4, by a ballast 5, by accumulators 6 for receiving the current supplied by the generators 2, and by an alternator 7 driven by a direct current motor 8.
L'arbre moteur 4 est logé dans des paliers 9 de la partie inférieure de l'élément 1 et est pourvu, entre deux paliers latéraux 9, d'un pignon d'entraînement 10, qui coopère avec une chaîne 11, dont les extrémités sont accrochées à des câbles 12 destinés, d'une part, à l'ancrage dans le sol marin 13, et, d'autre part, à la liaison avec le lest 5. The drive shaft 4 is housed in bearings 9 of the lower part of the element 1 and is provided, between two lateral bearings 9, with a drive pinion 10, which cooperates with a chain 11, the ends of which are attached to cables 12 intended, on the one hand, for anchoring in the sea floor 13, and, on the other hand, for connection with the ballast 5.
Les pignons 10 des arbres 4 sont logés dans des puits 14 aménagés entre les paliers 9 des arbres 4 avec prévision de joints étanches au niveau desdits paliers, de sorte que l'ensemble des mécanismes de transmission 3 est maintenu à l'abri de l'humidité (figure 2). The pinions 10 of the shafts 4 are housed in wells 14 arranged between the bearings 9 of the shafts 4 with provision for tight seals at the level of said bearings, so that all of the transmission mechanisms 3 are kept sheltered from the humidity (Figure 2).
Les pignons 10 sont avantageusement prévus par paire sur l'arbre moteur 4 de part et d'autre du pignon entraîneur du mécanisme 3 pour permettre un bon équilibrage
c des charges sur ledit arbre 4. En outre, la prévision d'une paire de pignons 10 par arbre 4 permet également de réduire la charge sur les chaînes ll coopérant avec lesdits pignons 10 ainsi que sur les câbles 12 reliés à ces chaînes, de sorte que leur section unitaire peut être réduite.The pinions 10 are advantageously provided in pairs on the drive shaft 4 on either side of the drive pinion of the mechanism 3 to allow good balancing
c loads on said shaft 4. In addition, the provision of a pair of sprockets 10 per shaft 4 also makes it possible to reduce the load on the chains ll cooperating with said sprockets 10 as well as on the cables 12 connected to these chains, by so that their unit section can be reduced.
Les génératrices 2 sont avantageusement sous forme de dynamos réversibles, délivrant un courant continu quel que soit le sens de rotation de l'arbre 4, le mécanisme 3 pouvant également être muni d'un dispositif d'inversion. The generators 2 are advantageously in the form of reversible dynamos, delivering a direct current whatever the direction of rotation of the shaft 4, the mechanism 3 can also be provided with an inversion device.
Conformément à une autre caractéristique de l'invention, les génératrices 2 peuvent également être constituées sous forme de pompes hydrauliques ou pneumatiques, et le moteur d'entraînement 8 de l'alternateur 7 peut être sous forme d'un moteur hydraulique ou pneumatique, les accumulateurs 6 étant alors remplacés par des réservoirs étanches. According to another characteristic of the invention, the generators 2 can also be constituted in the form of hydraulic or pneumatic pumps, and the drive motor 8 of the alternator 7 can be in the form of a hydraulic or pneumatic motor, the accumulators 6 then being replaced by sealed tanks.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément 1 est muni, sous la ligne de flottaison de plusieurs moteurs 15 disposés à intervalles réguliers sur sa périphérie et destinés à assurer son équilibrage en cas de mer forte, ces moteurs étant mis automatiquement en marche par un capteur de position dès qu'une déviation limite de l'élément 1 est dépassée. According to another characteristic of the invention, the element 1 is provided, under the waterline, with several motors 15 arranged at regular intervals on its periphery and intended to ensure its balancing in the event of heavy sea, these motors being automatically put into operation. works by a position sensor as soon as a limit deviation of element 1 is exceeded.
Comme le montre la figure 1, l'élément l présente avantageusement une forme de champignon, dont la partie inférieure du pied renferme les éléments mécaniques et dont la tête forme un flotteur présentant une faible surface de contact avec la surface de l'eau au niveau de la ligne de flottaison, de sorte que le dispositif présente un bon rendement même avec une houle de faible longueur d'onde. As shown in FIG. 1, the element 1 advantageously has a mushroom shape, the lower part of the foot containing the mechanical elements and the head of which forms a float having a small contact surface with the surface of the water at the level of the waterline, so that the device has a good performance even with a swell of short wavelength.
La figure 2 représente une variante de réalisation de l'invention, dans laquelle l'élément creux 1' est sous forme d'une sphère renfermant les éléments mécaniques dans sa partie inférieure. FIG. 2 represents an alternative embodiment of the invention, in which the hollow element 1 ′ is in the form of a sphere enclosing the mechanical elements in its lower part.
Le lest 5 est calculé de manière à présenter une masse suffisante pour garantir la stabilité de l'élément 1 tout en permettant qu'un volume maximal de ce dernier reste émergé, de telle façon que la prise aux vagues soit maximale, et donc que le rendement soit élevé. The ballast 5 is calculated so as to have a sufficient mass to guarantee the stability of the element 1 while allowing a maximum volume of the latter to remain emerged, so that the wave grip is maximum, and therefore that the yield be high.
A titre d'exemple, les dispositifs représentés aux figures 1 et 2 sont pourvus de quatre génératrices 2 et d'un seul alternateur 7; cependant, les génératrices et les alternateurs peuvent être d'un nombre quelconque en fonction du volume disponible et de la puissance installée. For example, the devices shown in Figures 1 and 2 are provided with four generators 2 and a single alternator 7; however, the generators and alternators can be of any number depending on the available volume and the installed power.
Conformément à une autre caractéristique de l'invention, la partie mécanique du dispositif logée dans la partie inférieure de l'élément creux 1 est avantageusement séparée de la partie supérieure émergée au moyen d'une paroi étanche, pouvant être munie d'un sas d'accès, et ladite partie supérieure est, de préférence, remplie par un gaz neutre de faible densité, tel que, par exemple, de l'hélium. According to another characteristic of the invention, the mechanical part of the device housed in the lower part of the hollow element 1 is advantageously separated from the upper part emerged by means of a sealed wall, which can be provided with an airlock. access, and said upper part is preferably filled with a neutral gas of low density, such as, for example, helium.
Le dispositif conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante
Par mer formée, la crête de chaque vague pousse sur les flans émergés de l'élément 1 en provoquant un déplacement vertical de ce dernier, qui a pour effet de faire monter le lest 5 vers l'élément 1. Ce mouvement du lest 5 consécutif au déplacement de l'élément 1 provoque un actionnement en rotation des arbres 4 par les pignons 10, et ainsi, par l'intermédiaire des mécanismes 3, un entraînement des génératrices 2 qui débitent un courant continu dans les accumulateurs 6, ou directement aux bornes du moteur 8 d'entraînement de l'alternateur 7. Après passage de la crête de la vague sous les parois voisines de la ligne de flottaison, l'élément 1 descend sous l'action du lest 5 jusqu'à arriver dans le creux de la vague l'amplitude de ce déplacement est fonction de la force de la houle.Pendant cette descente, le mouvement relatif entre l'élément 1 et le lest 5 est inverse de celui décrit précédemment, et les génératrices 2 qui sont réversibles, sont entraînées en sens inverse.The device according to the invention operates in the following manner
In heavy seas, the crest of each wave pushes on the blanks emerged from element 1, causing a vertical displacement of the latter, which has the effect of raising ballast 5 towards element 1. This movement of ballast 5 consecutively the movement of the element 1 causes the shafts 4 to be actuated in rotation by the pinions 10, and thus, by means of the mechanisms 3, a drive of the generators 2 which deliver a direct current into the accumulators 6, or directly at the terminals of the alternator drive motor 8 7. After the crest of the wave has passed under the walls adjacent to the waterline, the element 1 descends under the action of ballast 5 until it reaches the hollow of the wave the amplitude of this displacement is a function of the force of the swell. During this descent, the relative movement between the element 1 and the ballast 5 is opposite to that described previously, and the generators 2 which are reversible, are driven reverse.
Le courant continu délivré par les génératrices 2 est destiné à l'entraînement, soit directement, soit par l'intermédiaire des accumulateurs 6, du moteur 8 de l'alternateur 7, qui débite un courant alternatif, qui est transformé de manière connue en soi, et transporté à haute tension, au moyen de câbles blindés, à terre, vers les lieux d'utilisation. The direct current delivered by the generators 2 is intended for driving, either directly or via the accumulators 6, of the motor 8 of the alternator 7, which delivers an alternating current, which is transformed in a manner known per se , and transported at high voltage, using shielded cables, on the ground, to the places of use.
A titre d'exemple, le dispositif suivant la figure 1 pourrait présenter un volume supérieur de l'élément 1 d'environ 65 000 m3 et un volume inférieur dudit élément 1 d'environ 30 000 m3, le lest 5 présentant un poids de l'ordre de 10 000 tonnes. Un tel lest peut, par exemple, être constitué par un réservoir rempli de grenaille ou de minerai de fer. By way of example, the device according to FIG. 1 could have a higher volume of the element 1 of approximately 65,000 m3 and a lower volume of said element 1 of approximately 30,000 m3, the ballast 5 having a weight of l 'around 10,000 tonnes. Such a ballast can, for example, consist of a tank filled with shot or iron ore.
Grâce à l'invention, il est possible de réaliser un dispositif de récupération de I'énergie-de la houle permettant un rendement optimal, du fait que son ancrage peut être réalisé en eau relativement profonde. Thanks to the invention, it is possible to produce a device for recovering energy from the swell allowing optimum efficiency, because its anchoring can be carried out in relatively deep water.
En outre, le mode de stabilisation du dispositif selon l'invention permet son fonctionnement optimal sur une large plage de fréquences sans être tributaire des marées. In addition, the mode of stabilization of the device according to the invention allows it to operate optimally over a wide frequency range without being dependent on the tides.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments, ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. Of course, the invention is not limited to the embodiments described and shown in the accompanying drawings. Modifications remain possible, in particular from the point of view of the constitution of the various elements, or by substitution of technical equivalents, without thereby departing from the scope of protection of the invention.
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