FR2834757A1 - DEVICE FOR THE EXPLOITATION OF THE SURVEYING POWER - Google Patents
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Abstract
Le dispositif selon l'invention comprend des moyens permettant de convertir les déplacements verticaux d'un appareil flottant relié au fond de la mer, en une énergie exploitable. Ce dispositif comprend un premier élément de liaison souple (2) agissant sur un vérin hydraulique (7) monté dans un circuit hydraulique incluant un réservoir haute pression (14) et un moteur hydraulique (16), et un second élément de liaison (4) permettant l'ancrage du susdit appareil. Les déplacements verticaux de l'appareil flottant engendrent dans le circuit hydraulique une variation de débit et/ ou de pression permettant l'entraînement en rotation dudit moteur hydraulique (16).The device according to the invention comprises means making it possible to convert the vertical movements of a floating device connected to the seabed, into usable energy. This device comprises a first flexible connecting element (2) acting on a hydraulic cylinder (7) mounted in a hydraulic circuit including a high pressure tank (14) and a hydraulic motor (16), and a second connecting element (4) allowing the anchoring of the aforesaid device. The vertical movements of the floating device generate in the hydraulic circuit a variation in flow rate and / or pressure allowing said hydraulic motor (16) to be driven in rotation.
Description
(B) et la cathode de la diode (D2) de roue libre.(B) and the cathode of the freewheeling diode (D2).
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La présente invention concerne un dispositif permettant de transformer l'énergie motrice de la houle habituellement appelée énergie vagomotrice en The present invention relates to a device making it possible to transform the motive energy of the swell usually called vagomotor energy into
une énergie exploitable telle que, par exemple, l'énergie électrique. exploitable energy such as, for example, electrical energy.
L'électricité est historiquement et essentiellement produite à partir de barrages hydrauliques de haute chute ou de basse chute, de centrales thermiques à énergie fossile, de réacteurs nucléaires, d'usines marémotrices, de doublons géothermiques, de systèmes éoliens ou solaires. Ces systèmes dont tous ne sont pas performants ou économiques lorsque l' on considère l' ensemble de la chane de transformation aboutissant au consommateur d'électricité, sont en plus pour certains très polluants ou, pour d'autres, n'engendrent que de faibles quantités d'électricité à un coût élevé. La grande majorité de ces systèmes occupe une surface foncière plus ou moins coûteuse et rare selon le lieu avec parfois des risques industriels pour le voisinage. De plus, certains sites éloignés (les, champs pétroliers "offshore") sont actuellement principalement alimentés par des centrales diesel-électriques qui occupent une part non négligeable de l'espace disponible, ou des charges variables du site comme dans le cas de l'industrie pétrolière "offshore". Leur approvisionnement en fuel est d'autant plus coûteux et parfois sensible à des conditions Electricity is historically and essentially produced from high-fall or low-drop hydraulic dams, fossil-fired thermal power plants, nuclear reactors, tidal power plants, geothermal duplicates, wind or solar systems. These systems, all of which are not efficient or economical when we consider the whole processing chain leading to the electricity consumer, are in addition for some very polluting or, for others, generate only low quantities of electricity at a high cost. The vast majority of these systems occupy a more or less expensive and scarce land area depending on the location with sometimes industrial risks for the neighborhood. In addition, some remote sites (the "offshore" oil fields) are currently mainly supplied by diesel-electric power stations which occupy a non-negligible part of the available space, or variable site loads as in the case of the "offshore" oil industry. Their fuel supply is all the more expensive and sometimes sensitive to conditions
météorologiques défavorables ou à des problèmes divers de logistique. inclement weather or various logistical problems.
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Bien que quelques systèmes permettant de récupérer l'énergie des océans soient actuellement en cours d'étude ou de développement technologique, il n'existe aucun système utilisant l'énergie de la houle qui soit capable de Although some systems for recovering energy from the oceans are currently under study or technological development, there is no system using wave energy that is capable of
produire des quantités substantielles d'électricité à un coût économique. produce substantial amounts of electricity at an economic cost.
L'invention a donc plus particulièrement pour but de combler cette lacune au moyen d'un dispositif de transformation de l'énergie de la houle mettant en _uvre un appareil flottant relié au fond de la mer par un ancrage spécifique et comportant des moyens permettant de convertir les déplacements verticaux de l'appareil par rapport audit fond en une énergie mécanique et/ou hydraulique The invention therefore more particularly aims to fill this gap by means of a wave energy transformation device using a floating device connected to the sea floor by a specific anchor and comprising means allowing to convert the vertical movements of the device relative to said bottom into mechanical and / or hydraulic energy
exploitable pouvant par exemple être convertie en une énergie électrique. exploitable which can for example be converted into electrical energy.
Avantageusement, les moyens de conversion utilisés seront situés sur le support flottant de l'appareil. L'ancrage pourra alors comprendre, d'une part, un premier élément de liaison souple relié par l'une de ses extrémités aux moyens de conversion et par son autre extrémité à un second élément de liaison souple tel que, par exemple, un câble, une chaîne, voire même rigide tel que, par exemple, un tube ou un système mixte, lui-même ancré au fond de Advantageously, the conversion means used will be located on the floating support of the device. The anchoring may then comprise, on the one hand, a first flexible connecting element connected by one of its ends to the conversion means and by its other end to a second flexible connecting element such as, for example, a cable , a chain, even a rigid one such as, for example, a tube or a mixed system, itself anchored at the bottom of
la mer et éventuellement maintenu en suspension par des bouces de flottaison. the sea and possibly kept in suspension by buoyancy devices.
Ces moyens de conversion pourront consister en un circuit hydraulique en boucle fermée, solidaire du support flottant, la circulation du fluide hydraulique à l'intérieur de ce circuit étant assurée au moyen d'un mécanisme These conversion means may consist of a closed-loop hydraulic circuit, integral with the floating support, the circulation of the hydraulic fluid inside this circuit being ensured by means of a mechanism.
de pompage actionné par les susdits éléments de liaison. pumping actuated by the above connecting elements.
Bien entendu, ce circuit hydraulique comprendra des moyens de conversion appropriés, pour convertir l'énergie hydraulique dudit circuit par exemple en Of course, this hydraulic circuit will include suitable conversion means, for converting the hydraulic energy of said circuit for example into
énergie électrique.electric energy.
Grâce à ces dispositions, le dispositif selon l' invention permet de produire des quantités substantielles d'électricité sans générer de pollution ni utiliser, pour Thanks to these provisions, the device according to the invention makes it possible to produce substantial quantities of electricity without generating pollution or using, for
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son fonctionnement, de sources d'énergies non renouvelables: le dispositif récupère essentiellement l'énergie motrice d'une masse d'eau, soumise aux effets de la houle et des vagues, dite colonne d'eau oscillante, déplaçant verticalement le support flottant selon un cycle qui est fonction de la période, de la longueur d'onde, de l'amplitude de la houle et de l'importance du its operation, from non-renewable energy sources: the device essentially recovers the driving energy of a body of water, subject to the effects of swell and waves, known as an oscillating water column, vertically moving the floating support according to a cycle which is a function of the period, the wavelength, the amplitude of the swell and the importance of the
dimensionnement du support flottant. dimensioning of the floating support.
D'une façon plus précise, le circuit hydraulique pourra comprendre successivement dans le sens de circulation du fluide hydraulique: un réservoir tampon de fluide à basse pression, voire à pression atmosphérique, une tubulure d'admission avec vanne automatisée de nonretour vers le cylindre d'un vérin, dont le piston monté coulissant librement à l'intérieur de ce cylindre, et qui possède un orifice d' alimentation et un orifice d' évacuation de fluide, une tubulure d'évacuation de fluide du cylindre avec vanne automatisée de non-retour, un réservoir pneumatique haute pression, et une tubulure d'évacuation de fluide du réservoir avec vanne automatisée de non-retour vers un moteur hydraulique, une tutulure d'évacuation du moteur hydraulique avec More precisely, the hydraulic circuit may successively comprise, in the direction of circulation of the hydraulic fluid: a buffer tank of fluid at low pressure, or even at atmospheric pressure, an intake manifold with automated non-return valve to the cylinder d '' a cylinder, the piston of which mounted freely sliding inside this cylinder, and which has a supply orifice and a fluid evacuation orifice, a fluid evacuation pipe from the cylinder with automated non-stop valve return, a high pressure pneumatic tank, and a fluid evacuation pipe from the tank with an automated non-return valve to a hydraulic motor, a hydraulic motor evacuation nozzle with
vanne automatisée de non-retour vers le susdit réservoir tampon. automated non-return valve to the above buffer tank.
Le vérin possède à chacune de ses extrémités des poulies permettant l'enroulement du câble autour du vérin. Au début d'un cycle de houle, par exemple en position basse du support ilottant, le piston est en position The jack has pulleys at each of its ends allowing the cable to be wound around the jack. At the start of a swell cycle, for example in the low position of the floating support, the piston is in the position
déployée et le volume du cylindre rempli par un fluide hydraulique. deployed and the volume of the cylinder filled with hydraulic fluid.
Une caractéristique du dispositif est que lorsque le flotteur se déplace verticalement vers la créte de la houle, le cable, relié au fond de la mer d'une part et fixé au support flottant d'autre part, subit une tension équivalente à la poussée exercce sur le support flottant par la colonne d'eau oscillante. Il applique par conséquent une force sur le piston, lequel entraine l' expulsion du A feature of the device is that when the float moves vertically towards the crest of the swell, the cable, connected to the sea floor on the one hand and fixed to the floating support on the other hand, undergoes a tension equivalent to the thrust exerted on the floating support by the oscillating water column. It therefore applies a force to the piston, which causes the expulsion of the
fluide du cylindre vers le réservoir pneumatique à haute pression décrit ci- fluid from the cylinder to the high pressure pneumatic tank described above
dessus. Pendant la phase de montée du support flottant sous l'effet de la houle, le dispositif a donc pour effet de transformer l'énergie motrice de la houle en énergie hydraulique et de l'accumuler dans le réservoir pneumatique à haute pression, réglable selon des critères prédéfinis par l'opérateur, puis de transformer cette énergie hydraulique en énergie rotative par évacuation du above. During the rising phase of the floating support under the effect of the swell, the device therefore has the effect of transforming the motive energy of the swell into hydraulic energy and of accumulating it in the pneumatic reservoir at high pressure, adjustable according to criteria predefined by the operator, then transform this hydraulic energy into rotary energy by evacuating the
fluide du réservoir haute pression, vers un moteur hydraulique. fluid from the high pressure tank to a hydraulic motor.
Simultanément, le moteur hydraulique entraîne un générateur d'électricité. Le réservoir pneumatique à haute pression peut éventuellement être alimenté par plusieurs vérins similaires en parallèle de manière à en augmenter la capacité et le débit en fonction de la jauge du support flottant, du potentiel énergétique At the same time, the hydraulic motor drives an electricity generator. The high pressure pneumatic tank can optionally be supplied by several similar cylinders in parallel so as to increase the capacity and the flow rate as a function of the gauge of the floating support, of the energy potential.
du site et de la capacité de l'installation hydraulique. of the site and the capacity of the hydraulic installation.
Pendant la phase de descente du support flottant vers le creux de la houle, le fluide du réservoir tampon basse pression remplit le cylindre par gravité ou éventuellement avec l'aide d'une petite pompe centrifuge ou d'un réservoir basse pression de manière à repousser le piston en position déployée. Le dispositif est alors prêt à subir l'action d'un nouveau cycle de houle. Le dispositif comprend également des éléments annexes tels qu'un système de régulation automatique des vannes fonctionnant en phase avec le cycle de la houle et des moyens d'ancrage sur le fond sous-marin tels que des lests en béton ou des pieux foncés ou forés selon le site et l' importance de l'installation. A titre d'exemple, le support flottant peut consister en un simple caisson de dimensions modestes, en acier ou en béton, en une barge voire même en un navire de tonnages importants selon la taille du système hydraulique et l'importance de la production électrique envisageable sur le site choisi, en During the descent phase of the floating support towards the hollow of the swell, the fluid from the low pressure buffer tank fills the cylinder by gravity or possibly with the help of a small centrifugal pump or a low pressure tank so as to repel the piston in the deployed position. The device is then ready to undergo the action of a new wave cycle. The device also includes ancillary elements such as an automatic valve regulation system operating in phase with the swell cycle and means for anchoring to the seabed such as concrete weights or dark or bored piles depending on the site and the importance of the installation. For example, the floating support can consist of a simple box of modest dimensions, made of steel or concrete, a barge or even a ship of large tonnages depending on the size of the hydraulic system and the importance of electrical production. possible on the chosen site, in
fonction des caractéristiques de la houle dudit site. depending on the swell characteristics of said site.
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Le dispositif selon l' invention est particulièrement destiné à la producti on d'électricité à partir d'unités mobiles flottantes permettant d'alimenter des installations industrielles ou hôtelières "offshore" ou des installations côtières, qui y seraient connectées par un câble électrique sous-marin, en allogeant d'autant l'utilisation d'énergies non renouvelables. La plus ou moins grande profondeur d'eau d'un site n'est pas limitative pour le dispositif dès lors qu'elle permet la flottaison du support flottant choisi en laissant un espace libre suffisant pour l'ancrage spécifique du dispositif sous la coque. Dans le cas de faibles profondeurs d'eau, une variante rigide du The device according to the invention is particularly intended for the production of electricity from floating mobile units making it possible to supply industrial or hotel installations "offshore" or coastal installations, which would be connected to it by an electrical cable under- seafarer, thereby allocating the use of non-renewable energies. The greater or lesser depth of water of a site is not limiting for the device since it allows the floating of the chosen floating support, leaving sufficient free space for the specific anchoring of the device under the hull. In the case of shallow water depths, a rigid variant of the
système d'ancrage peut étre envisagée. anchoring system can be considered.
Un mode d'exécution de l' invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence au dessin annexé dans lequel: La figure unique est une représentation schématique permettant An embodiment of the invention will be described below, by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawing in which: The single figure is a schematic representation allowing
d'illustrer le principe d'un dispositif selon l'invention. to illustrate the principle of a device according to the invention.
Sur ce dessin, le support flottant 1 est représenté schématiquement en traits pleins par un caisson étanche de forme parallélépipédique muni d'un puits central vertical traversant P. Sous l'effet de la houle, ce caisson effectue alternativement un mouvement ascendant/descendant entre la position haute (niveau N), indiquée en traits pleins (le niveau d'eau N correspondant à la créte de la houle) et une position basse (niveau N2), représentée partiellement en traits interrompus (le niveau In this drawing, the floating support 1 is represented schematically in solid lines by a sealed box of parallelepiped shape provided with a vertical central well passing through P. Under the effect of the swell, this box performs an up / down movement alternately between the high position (level N), indicated in solid lines (the water level N corresponding to the crest of the swell) and a low position (level N2), partially represented in broken lines (the level
d'eau N2 correspondant aux creux de la houle). of water N2 corresponding to the hollows of the swell).
Ce support flottant 1 présente une taille choisie en fonction du potentiel This floating support 1 has a size chosen according to the potential
énergétique du site.site energy.
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I1 peut être maintenu en position horizontale par un ancrage caténaire I1 can be held in a horizontal position by a catenary anchor
classique, non représenté sur le dessin si nocessaire. classic, not shown in the drawing if necessary.
Par ailleurs, il est relié au fond de la mer par au moins un câble 2 spécifique au dispositif, qui est connecté par l'une de ses extrémités 3 à un système de châînes ou de tubes 4 ancrés sur le fond de la mer F de manière adéquate. Ce câble 2 passe par le puits P et vient se fixer par son autre extrémité (ancrage 5) sur le support flottant 1, après enroulement autour d'un ensemble déformable comprenant un vérin 6 dont le cylindre 7 est solidaire du support flottant 1 et Furthermore, it is connected to the bottom of the sea by at least one cable 2 specific to the device, which is connected by one of its ends 3 to a system of chains or tubes 4 anchored on the bottom of the sea F of adequately. This cable 2 passes through the well P and is fixed by its other end (anchor 5) on the floating support 1, after winding around a deformable assembly comprising a jack 6 whose cylinder 7 is integral with the floating support 1 and
dont le piston 8 coulisse librement à l'intérieur du cylindre 7. the piston 8 of which slides freely inside the cylinder 7.
Le vérin 6 est muni à chacune de ses extrémités d'une ou plusieurs poulies G, G2 (respectivement montées sur la tige dudit piston 8 et sur le cylindre 7) ayant pour effet de démultiplier l'effort du câble 2 sur le vérin 6 à la manière 1S d'un palan et de réduire la course nécessaire du piston 8 lorsque le support The jack 6 is provided at each of its ends with one or more pulleys G, G2 (respectively mounted on the rod of said piston 8 and on the cylinder 7) having the effect of increasing the force of the cable 2 on the jack 6 to the 1S way of a hoist and reduce the necessary stroke of the piston 8 when the support
flottant 1 se déplace vers sa position haute (niveau N') sous l'effet de la houle. floating 1 moves towards its high position (level N ') under the effect of the swell.
Plusieurs de ces dispositifs peuvent être installés en parallèle sur le même Several of these devices can be installed in parallel on the same
support flottant 1 de manière à récupérer une énergie plus importante. floating support 1 so as to recover greater energy.
La figure unique comprend un deuxième appareil, partiellement représenté, comprenant un câble 2', une poulie G'2 et l'ancrage 5', un vérin 6' comportant The single figure comprises a second device, partially shown, comprising a cable 2 ', a pulley G'2 and the anchor 5', a cylinder 6 'comprising
un cylindre 7' et un piston 8'.a cylinder 7 'and a piston 8'.
Le nombre d'enroulements du câble 2 autour des poulies G, G2 est déterminé en fonction de paramètres tels que la hauteur maximum de houle prévisible, la pression de service du réservoir haute pression, la course disponible du piston 8, la section du piston 8, la tension de service du câble 2 et le cas échéant, l'amplitude maximum de la marée. Cependant, si cette dernière est très importante un ajustement mécanique de la longueur du câble 2, à l'aide d'un The number of windings of the cable 2 around the pulleys G, G2 is determined according to parameters such as the maximum foreseeable swell height, the working pressure of the high pressure tank, the available stroke of the piston 8, the cross section of the piston 8 , the operating voltage of cable 2 and, if applicable, the maximum amplitude of the tide. However, if the latter is very important a mechanical adjustment of the length of the cable 2, using a
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treuil non indiqué sur le dessin, pourra être prévu au niveau de l'ancrage S du winch not indicated on the drawing, may be provided at the anchor S of the
cable 2 avec le support flottant 1.cable 2 with floating support 1.
Lorsque le support flottant 1 est en position initiale basse (niveau N2) le vérin 6 est complètement déployé (position indiquée par la référence 12). Lorsque le support flottant 1 est soulevé sous l'action de la houle (niveau N), vers la créte de cette dernière, le cable 2 se tend pour compenser l'augmentation de la hauteur d'eau entre la position basse de départ (niveau N2) du support flottant et sa position haute (niveau N). L'application de la force qui en résulte sur le piston 8 comprime ce dernier en expulsant le fluide hydraulique au travers d'une tubulure d'échappement 13 équipée d'une vanne de non retour Vn, vers un réservoir pneumatique 14 à haute pression dès que la pression exercce par le piston dépasse la pression de service du réservoir haute pression, jusqu'à ce que le vérin 6 soit en position comprimée (position indiquée par la rétérence 15). En fonction de la taille du support flottant 1, ce réservoir 14 peut recevoir le détit de plusieurs vérins 6 (enkées E, E2, l'entrée E2 étant raccordée au cylindre 6' par la tubulure 13') pour alimenter un moteur hydraulique à haute pression 16, par une tubulure 17 munie d'une vanne automatisée de non-retour Vn2. Le débit de fuite du moteur hydraulique 16 est évacué par une tubulure 18 munie d'une vanne automatisée de non-retour Vn3 vers un réservoir tampon 19, à basse pression ou à pression atmosphérique. Ce réservoir tampon 19 complète le cycle en alimentant le cylindre 7 du vérin 6 par gravité au travers d'une tubulure d'alimentation 20 munie d'une vanne automatisée de non-retour Vn4 ou, alternativement, à l'aide d'un réservoir basse pression ou d'une petite pompe centrifuge non représentés sur le dessin, de manière à repousser le piston 8 en position déployée (position indiquée par la référence 12) pendant le déplacement du support flottant 1 vers sa position basse (niveau N2) dans le When the floating support 1 is in the low initial position (level N2) the jack 6 is fully deployed (position indicated by the reference 12). When the floating support 1 is lifted under the action of the swell (level N), towards the crest of the latter, the cable 2 stretches to compensate for the increase in the water height between the low starting position (level N2) of the floating support and its high position (level N). The application of the resulting force on the piston 8 compresses the latter by expelling the hydraulic fluid through an exhaust pipe 13 equipped with a non-return valve Vn, towards a pneumatic reservoir 14 at high pressure from that the pressure exerted by the piston exceeds the operating pressure of the high pressure tank, until the cylinder 6 is in the compressed position (position indicated by the reference 15). Depending on the size of the floating support 1, this tank 14 can receive the relaxation of several jacks 6 (strings E, E2, the inlet E2 being connected to the cylinder 6 'by the pipe 13') to supply a hydraulic motor with high pressure 16, by a pipe 17 provided with an automated non-return valve Vn2. The leakage flow from the hydraulic motor 16 is evacuated through a pipe 18 provided with an automated non-return valve Vn3 to a buffer tank 19, at low pressure or at atmospheric pressure. This buffer tank 19 completes the cycle by supplying the cylinder 7 of the jack 6 by gravity through a supply pipe 20 provided with an automated non-return valve Vn4 or, alternatively, using a tank low pressure or a small centrifugal pump not shown in the drawing, so as to push the piston 8 into the deployed position (position indicated by the reference 12) during the movement of the floating support 1 towards its low position (level N2) in the
creux de la houle.swell of the swell.
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Il est rappelé que le piston 8 n'a pas à compenser le poids du système spécifique d'ancrage 4 qui est repris par des éléments de flottaison non représentés sur le dessin mais, seulement les frottements mécaniques, les pertes hydrauliques et une très faible longueur du câble 2 comprise entre le S niveau de l'axe des poulies G2 et le niveau de l'extrémité du câble 2. Les mouvements successifs du support flottant 1 vont activer le vérin 6 sous l'action du câble 2 comme une pompe à piston et maintenir la pression de circulation dans le réservoir pneumatique haute pression 14. Le moteur hydraulique 16 peut ainsi entrâîner un générateur électrique 21 en permanence It is recalled that the piston 8 does not have to compensate for the weight of the specific anchoring system 4 which is taken up by flotation elements not shown in the drawing but, only the mechanical friction, the hydraulic losses and a very short length of the cable 2 between the S level of the axis of the pulleys G2 and the level of the end of the cable 2. The successive movements of the floating support 1 will activate the jack 6 under the action of the cable 2 like a piston pump and maintain the circulation pressure in the high pressure pneumatic reservoir 14. The hydraulic motor 16 can thus drive an electric generator 21 permanently
sous l'effet de la houle.under the effect of the swell.
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ST | Notification of lapse |
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