FR2931211A1 - Procede de collecte d'energie, unite de production electrique et eolienne s'y rapportant - Google Patents

Abstract

Procédé de collecte d'énergie à partir d'une source à puissance et vitesse variables telle qu'une hélice d'éolienne 3, dans une machine de transformation telle qu'une génératrice électrique 4 dont on régule la vitesse de rotation. Une charge inertielle 7 absorbe de l'énergie excédentaire fournie par la source et/ou fournit un complément énergétique à la machine lorsque l'énergie fournie par la source est insuffisante. Une transmission primaire 14 entre la source 3 et la charge inertielle 7 est régulée dans le sens d'une optimisation de la puissance captée par la source. Une transmission secondaire 15 entre la charge inertielle 7 et la génératrice électrique 4 est régulée dans le sens d'une vitesse de rotation constante de la génératrice électrique de préférence placée en position fixe à la base du mât.Utilisation pour améliorer le rendement énergétique, stabiliser en fréquence la production d'électricité, stabiliser la vitesse de rotation de la génératrice synchrone 3, réduire le coût et/ou la complexité de l'installation et du raccordement de l'éolienne au réseau.

Description

Description Procédé de collecte d'énergie, unité de production électrique et éolienne s'y rapportant . La présente invention concerne le domaine des éoliennes ou tout autre domaine dans lequel une génératrice électrique doit être reliée à une source motrice à vitesse variable.

10 L'invention se rapporte plus particulièrement à un procédé de collecte d'énergie pour machine de production d'électricité dont on régule la vitesse de rotation, à partir d'une source motrice à puissance et vitesse variables, notamment une hélice d'éolienne.

15 L'invention concerne également une unité de production d'électricité convenant pour être entraînée par une hélice d'éolienne.

L'invention concerne encore une éolienne mettant en oeuvre le procédé de collecte d'énergie ou l'unité de production d'électricité. 20 À l'heure actuelle, l'utilisation des éoliennes est encore limitée car leurs coûts de production et d'exploitation sont encore trop élevés par rapport à leur efficacité. Il est ainsi primordial de faire baisser le coût du kilowatt produit par les éoliennes. Ceci est même une condition nécessaire à l'essor des 25 éoliennes de grande puissance, pouvant atteindre plusieurs mégawatts.

Une des difficultés majeures est d'exploiter au mieux l'énergie éolienne malgré d'une part les très grandes variations de la vitesse du vent, et d'autre part les variations, également très grandes, de consommation électrique sur 30 le réseau au cours du temps. On cherche usuellement à établir une correspondance entre les besoins du réseau et une exploitation optimisée de l'énergie éolienne disponible.5 La très grande majorité des éoliennes installées comprend ainsi une boîte de vitesses, permettant de faire fonctionner la génératrice dans une certaine plage de vitesse alors que la vitesse du vent est comprise entre une vitesse minimale proche de zéro et une vitesse maximale de l'ordre de 15 m par seconde. La vitesse de rotation de l'hélice de l'éolienne varie alors typiquement entre 1 et 30 tr/min.

La génératrice est le plus souvent de type asynchrone, tolérant de petites variations de vitesse de l'arbre d'entrée de la génératrice. De plus certains constructeurs équipent leurs éoliennes de deux génératrices, une petite pour les périodes de vent faible et une plus grosse pour les périodes de vent fort.

15 On connaît également des éoliennes pourvues d'une génératrice à nombre de pôles variable. Par des modifications du raccordement des pôles, une telle génératrice peut fonctionner avec différents nombres de pôles, et donc accepter des vitesses de rotation différentes.

20 Dans beaucoup d'éoliennes existantes, la puissance de la génératrice est choisie pour correspondre à la puissance pouvant être captée par l'hélice pour une relativement basse vitesse du vent. On renonce à capter les puissances les plus fortes, car on considère peu rentable de prévoir une machine électrique plus grosse pour pouvoir exploiter des vents relativement 25 rares.

On connaît également des dispositifs de stockage de l'énergie électrique permettant d'exploiter au mieux l'énergie éolienne disponible à chaque instant et de la restituer selon les besoins du réseau. Ces dispositifs de 30 stockage d'énergie sous forme électrochimique dans des batteries sont toutefois mal adaptés à un nombre important de cycles de charge / décharge, leur durée de vie est limitée, et elles contiennent des composants polluants s'opposant à l'objectif de propreté des éoliennes.10 Le stockage d'énergie électrique peut également être réalisé par des inductances supraconductrices ou des supercondensateurs. Mais le coût de ces composants est élevé et leur utilisation présente les mêmes inconvénients que les batteries.

Dans tous les cas, la fréquence du courant électrique produit varie en fonction de la vitesse de rotation de la génératrice, ce qui rend impossible le branchement direct sur le réseau, et nécessite une transformation complexe pour obtenir une fréquence compatible avec celle du réseau. En particulier, une technologie à deux génératrices impose un basculement d'une génératrice à l'autre dans l'alimentation du réseau électrique, et donc la nécessité d'adapter régulièrement la fréquence et la phase du courant produit à celle du réseau. Ce problème augmente le prix de l'installation et ne permet pas d'augmenter significativement l'efficacité de l'éolienne. En particulier, les difficultés de stockage de l'énergie électrique ne permettent pas d'exploiter pleinement l'énergie éolienne, lors des périodes où se combinent fort vent et faible consommation électrique.

On connaît également un procédé de collecte et stockage d'énergie éolienne d'après le document JP 2005180237 Al. Ce dispositif utilise un compresseur actionné par une éolienne, pour comprimer de l'air dans un accumulateur puis le détendre pour actionner un générateur électrique. Mais outre les difficultés liées au stockage de l'air comprimé, le rendement de ce dispositif reste faible.

Le document US 6,023,105 prévoit une pompe à eau actionnée par une éolienne à axe vertical pour prélever de l'eau en aval d'un barrage hydro-électrique, et transporter l'eau en amont dudit barrage. L'énergie potentielle ainsi stockée peut alors ultérieurement être convertie en énergie électrique à travers la turbine et la génératrice du barrage hydro-électrique. Cette solution très efficace nécessite cependant de très lourds investissements et la disponibilité de sites appropriés.

Le but de la présente invention est de remédier au moins à une partie des 35 inconvénients précédents, en vue notamment de réduire le coût et/ou la complexité, et/ou améliorer le rendement énergétique et/ou la stabilité en fréquence de la production d'électricité.

L'invention propose un procédé de collecte d'énergie à partir d'une source à puissance et vitesse variables telle qu'une hélice d'éolienne, dans une machine de transformation telle qu'une génératrice électrique dont on régule la vitesse de rotation. L'invention se caractérise en ce que l'on utilise une charge inertielle qui absorbe de l'énergie excédentaire fournie par la source et/ou fournit un complément énergétique à la machine lorsque l'énergie fournie par la source est insuffisante.

Ainsi, on peut collecter des puissances qui dépassent la puissance que l'on est capable de transformer en énergie électrique à un instant donné. L'énergie excédentaire est stockée dans la charge inertielle et pourra servir plus tard à alimenter la machine de production électrique lorsque celle-ci aura besoin d'une puissance mécanique dépassant celle disponible à la source. On obtient ainsi de nombreux effets techniques et avantages. Le rendement de captation de l'énergie disponible à la source est considérablement accru, passant par exemple de 27% dans une éolienne classique à environ 50% avec le procédé selon l'invention. En outre, la machine de production peut continuer à produire normalement lorsque la source n'a pratiquement pas ou pas du tout de puissance (situation d'absence de vent dans le cas d'une éolienne), ce qui réduit considérablement ou même supprime la nécessité de recourir à des moyens de substitution lorsque la source est faible, ainsi que les problèmes de reconnexion de la machine de production avec les consommateurs une fois que la puissance de la source a retrouvé un niveau suffisant.

De façon surprenante, il s'est avéré possible de réaliser une charge inertielle capable d'emmagasiner une quantité d'énergie cinétique suffisante pour assurer les fonctions qui viennent d'être décrites, même pour des appareils, tels que des éoliennes, ayant une puissance élevée, par exemple de l'ordre de plusieurs mégawatts.

On peut par exemple dimensionner la charge inertielle pour qu'elle soit capable d'emmagasiner une énergie cinétique maximum utilisable correspondant à 1-24 heures de fonctionnement de la machine de production à pleine puissance. De préférence, on maintient toujours la charge inertielle entre une vitesse de rotation minimale et une vitesse de rotation maximale prédéterminées. L'énergie cinétique maximum utilisable est alors calculée comme la différence entre l'énergie cinétique à la vitesse maximale et celle à la vitesse minimale. La vitesse minimale est de préférence supérieure à la moitié de la vitesse maximale. Par exemple, pour une éolienne, on choisit une vitesse maximale de l'ordre de 400 tr/min et une vitesse minimale de l'ordre de 300 tr/min.

Il y a de préférence entre la source et la charge inertielle une transmission primaire dont le rapport est de préférence réglable, afin notamment d'améliorer le transfert énergétique de la source vers la charge inertielle. De préférence, le rapport est réglable par variation continue.

Pour cela on peut régler le rapport de transmission primaire de façon à faire tendre la vitesse de la source vers une valeur optimisant la puissance captée. Le réglage du rapport de transmission primaire peut se faire en fonction d'au moins un paramètre choisi parmi: énergie de la source, en particulier vitesse du vent, couple transmis entre source et charge inertielle.

25 Plus particulièrement, on peut considérer que la vitesse de la charge inertielle est constante sur un intervalle de temps relativement court. Le réglage du rapport de transmission primaire a ainsi pour fonction de faire tourner le récepteur de la source (l'hélice de l'éolienne) à une vitesse appropriée. On peut par exemple détecter ou lire la vitesse de la charge 30 inertielle, détecter la vitesse du vent au moyen d'un anémomètre, déterminer d'après une table préenregistrée la vitesse optimale de l'hélice pour la vitesse du vent qui à été détectée, et régler le rapport de transmission pour que l'hélice tourne à la vitesse optimale. L'hélice possède une inertie élevée. Si la vitesse réelle de l'hélice est à un moment donné 35 différente de la vitesse optimale, le réglage du rapport de transmission doit20 varier progressivement pour faire converger la vitesse réelle vers la vitesse optimale. La régulation du rapport de transmission primaire peut également prendre en compte des objectifs additionnels. Par exemple, si la vitesse de la charge inertielle atteint une valeur maximale prédéterminée, on peut régler la vitesse de l'hélice pour que la puissance captée soit égale à celle de l'arbre d'entrée de la machine de production d'électricité.

Selon un autre aspect, il y a de préférence entre la charge inertielle et la machine de transformation une transmission secondaire dont le rapport est de préférence réglable. Le réglage donne ainsi la possibilité de réguler la vitesse de rotation de la machine de transformation. De préférence, le rapport est réglable par variation continue.

Dans un mode de réalisation, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre dans une unité comprenant un arbre intermédiaire reliable à une charge inertielle, une transmission primaire pour établir une liaison à rapport variable entre la source et l'arbre intermédiaire, et une transmission secondaire pour établir une liaison à rapport variable entre l'arbre intermédiaire et la machine de transformation.

Cette unité peut comprendre un capteur mesurant la vitesse de rotation de l'arbre de la machine de production d'électricité, et une boucle de régulation agissant sur le rapport de transmission secondaire entre l'arbre de transmission et la machine afin de maintenir la vitesse de rotation de la machine constante. On peut, en variante, détecter la vitesse de rotation de l'arbre intermédiaire et régler le rapport de transmission secondaire pour que la vitesse de rotation de l'arbre de la machine de production d'électricité ait la valeur fixe désirée.

Grâce à l'invention, cette régulation est très fiable car elle opère entre la charge inertielle dont la vitesse ne peut varier que très lentement, et la machine dont la vitesse doit rester constante. Les variations de puissance et de vitesse de la source ne perturbent pas la régulation.

Typiquement l'unité selon l'invention est montée dans la nacelle d'une éolienne, comprenant également un mât et une hélice. L'éolienne se caractérise en ce qu'elle met en oeuvre le procédé selon l'invention, et/ou utilise une unité de production d'électricité selon l'invention.

L'éolienne selon l'invention permet sur une période déterminée de capter au niveau de l'hélice une quantité plus importante d'énergie que celle absorbée par la machine de transformation. La charge inertielle absorbe dans ce cas l'énergie excédentaire fournie par l'hélice. A l'inverse, la charge inertielle peut fournir un complément énergétique à la machine lorsque l'énergie fournie par l'hélice est insuffisante, en particulier inférieure à la charge subie par la machine de transformation.

De préférence l'axe de rotation de la charge inertielle est vertical. Lorsque l'éolienne comprend un dispositif d'orientation de la nacelle par pivotement relativement au mât, afin d'orienter l'hélice relativement au vent, l'axe de rotation de la charge inertielle peut coïncider avec l'axe de pivotement de la nacelle.

Dans un mode de réalisation, l'élément inertiel est situé en dessous de la nacelle, en particulier à la base du mât, ou dans le sol sous le mât. L'élément inertiel peut également être disposé à proximité de l'éolienne et/ou être couplé à plusieurs éoliennes.

L'éolienne peut comprendre des moyens pour éliminer ou compenser un couple de réaction s'exerçant sur la nacelle autour de son axe de pivotement en raison de l'entraînement de l'arbre vertical de la charge inertielle par l'arbre horizontal de l'hélice. Ce couple peut notamment se manifester lorsque la nacelle est en cours de réorientation autour de son axe de pivotement. Selon le sens de pivotement de la nacelle, l'hélice va tourner plus vite ou plus lentement pendant le pivotement, ce qui est indésirable.

Pour éviter cela, on peut faire varier le rapport de transmission primaire pendant le pivotement de la nacelle, pour que la vitesse de rotation de 35 l'hélice reste sensiblement constante pendant ce pivotement. Si la génératrice est montée dans la nacelle, on fait aussi varier le rapport de transmission secondaire. Mais si la vitesse de rotation de la génératrice est régulée, la variation de rapport secondaire pendant le pivotement de la nacelle pourra être automatiquement effectuée par la régulation.

Dans un mode de réalisation de l'éolienne, la machine de transformation est placée à la base du mât, et entraînée de préférence par l'arbre d'entraînement vertical de la charge inertielle qui sert en même temps d'arbre de transmission entre la nacelle et la machine. Ainsi placée à la base du mât, la machine est fixe au lieu de pivoter avec la nacelle. Ceci supprime la nécessité d'installer la génératrice en haut du mât, supprime la liaison électrique déformable (câbles déformables) partant de la nacelle pour amener au sol le courant électrique produit, facilite l'accès à la génératrice pour sa maintenance, allège la nacelle ainsi que les charges supportées par le mât, réduit la taille de la nacelle et donc sa prise au vent.

Dans un mode de réalisation, l'éolienne est munie d'un système de communication permettant par exemple de communiquer avec un centre de gestion, en particulier pour émettre un préavis de coupure lorsque la durée de fonctionnement avant arrêt de la machine de production d'électricité, estimée par mesure de la vitesse de rotation de la charge inertielle, descend sous une valeur seuil. Grâce à l'invention, le passage de la vitesse de rotation de la charge inertielle sous la valeur de seuil permet de prévoir et d'organiser en temps utile le recours à une fourniture électrique de substitution, par exemple le réseau électrique public.

Typiquement l'éolienne comprend, entre l'hélice et la machine de transformation, une transmission primaire et une transmission secondaire en série, la charge inertielle étant accouplée avec la sortie de la transmission primaire et l'entrée de la transmission secondaire.

L'éolienne peut, dans un mode de réalisation approprié présenter une chaîne cinématique caractérisée par une absence de multiplicateur à rapport fixe, en particulier entre l'hélice et l'entrée de la transmission primaire.

La vitesse de rotation de la charge inertielle peut dans un mode de réalisation approprié s'établir dans la gamme allant de 300 à 400 tr/min. Il s'est avéré préférable de choisir une telle vitesse de rotation modérée et une masse en rotation très grande correspondante. On élimine ainsi des problèmes de fragilité des paliers, de vibration et d'équilibrage qui deviennent très délicats lorsque les vitesses de rotation sont de l'ordre des milliers de tours par minute.

D'autres particularités et avantages de l'intention ressortiront encore de la description ci-après, relative à des exemples non limitatifs.

Aux dessins annexés : - la figure 1 est une vue axiale schématique d'un premier mode de réalisation d'une éolienne selon l'invention ; - la figure 2 est une vue axiale schématique d'un second mode de réalisation d'une éolienne selon l'invention ; - la figure 3 est un diagramme d'exploitation de l'énergie éolienne avec un procédé selon l'invention ; et - la figure 4 est une demi vue axiale schématique de la transmission à variation continue pouvant être utilisée dans les éoliennes des figures 1 et 2.

Dans l'exemple représenté à la figure 1, l'éolienne comprend un mât 1 érigé fixement sur une plateforme en béton 31, et une nacelle 2 montée au sommet du mât 1. Une hélice 3, montée rotative dans la nacelle 2, entraîne une machine de production d'électricité 4 par l'intermédiaire d'un multiplicateur d'entrée 5 suivi d'une unité de transmission 6. Dans cet exemple l'hélice 3 est en liaison pivot d'axe horizontal avec la nacelle 2. La nacelle 2 contient le multiplicateur 5, l'unité 6, ainsi que la machine 4.

La nacelle 2 est liée au mât 1 par l'intermédiaire d'un dispositif d'orientation 21 autorisant un mouvement de rotation de la nacelle 2 par rapport au mât 1 autour d'un axe vertical 8 grâce à une liaison pivot 22. Le dispositif d'orientation 21 comprend en outre au moins un moteur, typiquement quatre moteurs 23 dont les arbres sont équipés de vis sans fin 24 qui engrènent avec une couronne dentée 25 dont l'axe coïncide avec l'axe 8. Dans l'exemple la couronne 25 est solidaire de la nacelle 2 et les moteurs 23 sont fixés au mât 1, à intervalles angulaires égaux autour de l'axe 8. Ce mode de réalisation à transmission par vis sans fin permet d'obtenir l'immobilisation de la nacelle 2 relativement au mât 1 lorsque les moteurs 23 sont arrêtés. On peut également utiliser des moteurs-frein dont l'arbre est équipé d'un pignon. Dans un cas comme dans l'autre, on empêche la libre rotation de la nacelle sous l'effet du vent et on ne permet la rotation de la nacelle que de manière contrôlée par les moteurs 23 et leur système de commande d'orientation connu en soi par l'homme de métier.

L'unité de transmission 6 comprend, entre le multiplicateur 5 et la machine de transformation 4, une transmission primaire 14 et une transmission secondaire 15 en série. Une charge inertielle 7, essentiellement composée d'un volant d'inertie, est accouplée à un arbre intermédiaire 13 constituant la sortie de la transmission primaire 14 et l'entrée de la transmission secondaire 15. Dans le mode réalisation représenté, la charge inertielle 7 est reliée à l'arbre intermédiaire 13 au moyen d'un engrenage conique 18 permettant un renvoi d'angle à quatre-vingt dix degrés. L'arbre intermédiaire 13 est disposé horizontalement, tandis que la charge inertielle 7 est montée à pivot autour de l'axe vertical 8.

De préférence la charge inertielle 7 est un volant d'inertie disposé dans le volume défini par le mât. Cette solution présente l'avantage de créer une stabilisation gyroscopique, et ainsi réduire la sensibilité du mât 1 au vent. Ceci est d'autant plus intéressant que les éoliennes sont implantées sur des sites venteux. En variante ou complémentairement, la charge inertielle 7 est disposée à la base du mât 1, ou dans le sol sous le mât 1, ou encore, moyennant une transmission appropriée, dans un local attenant à l'éolienne.

Le poids de la charge inertielle 7 est supporté par la plateforme 31 au moyen d'un palier 32.

L'hélice 1 tourne à une vitesse très variable typiquement comprise entre 1 et 30 tr/min. Le multiplicateur 5 accroît cette vitesse en la multipliant par un facteur constant, par exemple un facteur 5. L'arbre de sortie du multiplicateur 5, qui constitue en même temps un arbre d'entrée 11 de l'unité 6 tourne ainsi, dans cet exemple, à une vitesse comprise entre 5 et 150 tr/min. L'unité 6 établit dans la transmission primaire 14 un rapport de transmission primaire qui varie de façon continue entre l'arbre d'entrée 11 et l'arbre intermédiaire 13. L'arbre intermédiaire 13 tourne dans cet exemple à une vitesse qui varie entre 300 et 400 tr/min. L'arbre 13 est reliable à la charge inertielle 7 selon un facteur multiplicateur constant, par exemple 1 :1. La vitesse de rotation de la charge inertielle 7, dans cet exemple un cylindre creux de 3 mètres de diamètre, varie donc entre 300 et 400 tr/min.

L'unité 6 établit dans la transmission secondaire 15 entre l'arbre intermédiaire 13 et l'arbre de sortie 12 un rapport de transmission secondaire qui varie de façon continue. Ainsi l'unité 6 établit un rapport de transmission qui varie de façon continue pour multiplier de 20 fois à 600 fois la vitesse de rotation de son arbre de sortie 12 solidaire du rotor de la machine 4 par rapport à la vitesse de rotation de son arbre d'entrée 11. Les expressions variation continue ou varier de façon continue signifient que n'importe quel rapport de transmission peut être établi entre deux valeurs limite, par opposition à une transmission qui ne permettrait que de choisir entre un certain nombre de rapports fixes prédéterminés.

En variante, l'éolienne pourra se dispenser de multiplicateur 5 à rapport fixe, en particulier entre l'hélice et l'arbre de transmission primaire. On peut alors avoir par exemple un arbre 13 tournant entre 75 et 100 t/mn, et une multiplication par 4 dans le renvoi d'angle 18, pour que la charge inertielle tournant entre de 300 et 400 t/mn. La transmission secondaire assure dans ce cas une gamme de rapports de transmission adaptée pour que l'arbre de sortie 12 tourne à la vitesse stabilisée nécessaire pour la machine 4.

L'unité 6 comprend une régulation du rapport de transmission primaire dans la transmission primaire 14. Selon le mode de réalisation représenté, la régulation du rapport de transmission primaire se fait au moyen d'une machine de contrôle 16, d'une manière qui sera décrite plus loin au moyen d'un exemple.

Dans le mode de réalisation représenté, l'optimisation de la puissance captée à la source correspond à la mise en adéquation de la vitesse de rotation de l'hélice 3 avec la vitesse du vent. Pour chaque vitesse de vent la puissance maximale pouvant être captée, correspond à une vitesse de rotation déterminée de l'hélice 3 selon ses caractéristiques géométriques. En conséquence chaque vitesse de rotation de l'hélice 3 correspond à l'exploitation d'une puissance éolienne déterminée.

La régulation du rapport de transmission primaire fait intervenir un capteur de vitesse de rotation de l'arbre d'hélice 83 et un capteur de vitesse de rotation de l'arbre du volant d'inertie 85. La régulation a pour but qu'à chaque instant l'hélice tourne à une vitesse correspondant à un maximum de puissance captée. La puissance réelle captée à un instant donné est égale à la puissance qui s'emmagasine sous forme d'énergie cinétique dans l'hélice d'une part et dans le volant d'inertie d'autre part, à laquelle il faut ajouter la puissance transmise à l'entrée de la transmission secondaire, et dont il faut retrancher la puissance réinjectée dans la transmission primaire par le moteur de contrôle 16.

Connaissant le moment d'inertie de l'hélice, le capteur de vitesse sur l'arbre d'hélice permet de mesurer ou calculer l'énergie cinétique gagnée ou perdue par l'hélice à des instants successifs prédéterminés (par exemple toutes les cinq secondes). Connaissant le moment d'inertie du volant d'inertie, le capteur de vitesse sur l'arbre du volant permet de mesurer ou calculer l'énergie cinétique gagnée ou perdue par le volant aux mêmes instants successifs prédéterminés.

La puissance absorbée par la génératrice électrique est en principe sensiblement constante, car cela est permis par l'invention, contrairement à la plupart des éoliennes connues dans lesquelles la puissance électrique produite fluctue en fonction de la force du vent. Même si cette puissance varie dans certains cas où dans certains modes de réalisation de l'invention, elle est de toute façon connue. Des calculs connus permettent de déterminer la puissance mécanique absorbée par l'arbre d'entrée dans la transmission secondaire, compte tenu de la puissance de la génératrice et de la puissance réinjectée dans la transmission secondaire par le moteur de contrôle de la transmission secondaire.

La puissance réinjectée dans la transmission primaire par le moteur de contrôle 16 est connue soit d'après les paramètres électriques (tension et intensité) de fonctionnement de ce moteur, soit par un calcul basé sur les vitesses d'entrée et de sortie de la transmission primaire, sur le couple transmis par l'arbre de sortie de la transmission primaire et sur les rapports de denture dans la transmission primaire. Le couple transmis par l'arbre de sortie de la transmission primaire est égal à la somme algébrique des couples transmis respectivement au volant d'inertie et à l'arbre d'entrée dans la transmission secondaire. Chacun de ces couples transmis est égal à la puissance qu'il transmet (connue d'après les explications qui précèdent) divisée par sa vitesse de rotation, connue grâce au capteur de vitesse sur l'arbre du volant.

De tout ce qui précède, il ressort que la simple mesure, à intervalles de temps réguliers, de la vitesse de rotation des arbres d'entrée et de sortie (arbre d'hélice et arbre de volant) de la transmission primaire permet de connaître la puissance captée pendant un intervalle de temps incrémentai prédéterminé.

Lorsque la puissance captée est plus grande que la puissance électrique produite, l'hélice et le volant tendent à tourner de plus en plus vite. Si à cette occasion la puissance effectivement captée augmente, on en déduit que la vitesse de l'hélice évolue vers des valeurs plus favorables pour la captation d'énergie. Le rapport de transmission primaire peut donc rester inchangé pour laisser la vitesse de l'hélice continuer sa variation (augmentation). Si au contraire la puissance effectivement captée diminue, la régulation augmente le rapport de sur multiplication dans la transmission primaire de façon à réduire la vitesse de rotation de l'hélice pour la ramener à une valeur plus favorable pour la captation d'énergie éolienne. Si la puissance captée est stable, on peut réduire le rapport de surmultiplication pour tenir compte de la possibilité que cette stabilisation corresponde à un affaiblissement du vent.

De manière analogue, lorsque la puissance captée est plus petite que la puissance électrique produite, l'hélice et le volant tendent à tourner de moins en moins vite. Si la puissance effectivement captée augmente, le rapport de transmission primaire peut rester inchangé. Si la puissance effectivement captée diminue, la régulation diminue le rapport de sur multiplication dans la transmission primaire de façon à augmenter la vitesse de rotation de l'hélice pour la ramener à une valeur plus favorable pour la captation d'énergie éolienne. Si la puissance captée est stable, on peut augmenter le rapport de surmultiplication pour tenir compte de la possibilité que cette stabilisation corresponde à un renforcement du vent.

En conclusion, lorsque la puissance captée augmente alors que la vitesse de l'hélice varie, on maintient le rapport primaire inchangé. Lorsqu'au contraire la puissance captée diminue alors que la vitesse de l'hélice varie, on modifie le rapport de transmission dans le même sens que la variation de vitesse du volant. Lorsque la puissance captée est sensiblement stable alors que la vitesse de l'hélice varie, on modifie le rapport de transmission dans le sens opposé au sens de variation de la vitesse du volant.

Une stabilisation de la vitesse de l'hélice en l'absence de variation du rapport signifie que la puissance captée est égale à la puissance produite par la génératrice. Mais il n'est pas certain que la vitesse de l'hélice soit optimale par rapport au vent. Dans ce cas le système pourra faire des tests de variation du rapport primaire, de préférence en commençant par une extrapolation de la variation antérieure.

Comme l'hélice a une grande inertie, il n'est pas envisageable de modifier brusquement le rapport de transmission pour mettre immédiatement l'hélice à une nouvelle vitesse optimale lorsque la vitesse du vent change. La consigne de vitesse à chaque instant tient compte de l'accélération angulaire positive ou négative acceptable pour l'hélice.

Dans une variante de réalisation pour la régulation du rapport de transmission primaire, on considère que les puissances sur les arbres des machines électriques (la machine de transformation et les machines de contrôle) ne varient pas, ou que très peu, pendant un intervalle de temps entre deux instants de détection de la vitesse de l'hélice et du volant.

Par conséquent, la puissance totale captée par l'hélice varie dans le même sens que la puissance transformée en énergie cinétique. Ce sens de variation peut être facilement déterminé d'après le sens de variation de l'accélération angulaire et le moment d'inertie, de l'hélice d'une part et du volant d'autre part. Si en outre le rapport de transmission primaire n'est pas modifié entre deux instants de mesure, le sens de variation de la puissance captée est le même que celui de l'accélération angulaire de l'hélice ou du volant.

Ainsi, par rapport au mode de réalisation précédent, pour déterminer le sens de variation de la puissance captée, au lieu de faire intervenir des paramètres de fonctionnement des machines électriques, on calcule soit simplement le signe de la dérivée seconde (ce signe donnant le sens de variation de l'accélération) de la vitesse de rotation de l'hélice ou du volant, soit au besoin le signe de la dérivée seconde de l'énergie cinétique totale (hélice + volant, si l'on néglige l'énergie cinétique des organes de transmission) si le rapport de transmission primaire a varié entre les deux instants de mesure successifs.

En variante, on utilise un anémomètre 82 pour la mesure de la vitesse du vent, et un capteur de vitesse 83 pour la mesure de la vitesse de rotation de l'hélice. Par exemple, la régulation peut : - déterminer la vitesse du vent, - calculer une vitesse optimale de l'hélice, - calculer d'après la vitesse réelle de l'hélice et la vitesse optimale de l'hélice une consigne de vitesse pour l'hélice à chaque instant, - régler ou modifier le rapport de transmission pour tendre vers la consigne de vitesse, en fonction de l'écart entre la vitesse réelle de l'hélice et la vitesse de consigne.

En variante, on peut utiliser un détecteur de couple transmis, et un capteur de vitesse 83 pour la mesure de la vitesse de rotation de l'hélice. Si pour une vitesse de rotation donnée le couple n'a pas une valeur correspondante prédéterminée, on en déduit que la vitesse de rotation de l'hélice n'est pas optimale et on le corrige en modifiant le rapport de transmission primaire.

Lorsque la nacelle est réorientée autour de l'axe 8, il en résulterait une variation de vitesse de l'hélice si le rapport de transmission primaire restait inchangé, en raison de la liaison par renvoi d'angle 18 avec la charge inertielle 7. La régulation du rapport primaire peut en principe prendre automatiquement en compte l'influence du pivotement de la nacelle et annuler l'effet de ce pivotement sur la vitesse de rotation de l'hélice, puisque cette régulation se base sur la vitesse réelle de l'hélice et sur une consigne de vitesse de l'hélice.

Toutefois, on peut également faire intervenir les informations de pivotement de la nacelle dans la logique de régulation de façon à améliorer la qualité de la régulation. En même temps, grâce à une telle prise en compte, la force motrice de l'hélice assiste la rotation de la nacelle au lieu de la perturber.

Il est également judicieux d'équiper l'éolienne d'un dispositif de réglage de l'inclinaison des pales, permettant de faire varier le pas de l'hélice. Un tel système est usuel sur les éoliennes pour empêcher les dégradations pouvant se produire lors de vents forts, pour permettre un arrêt de l'éolienne, ou encore pour optimiser le pas de l'hélice relativement aux conditions éoliennes et / ou aux besoins énergétiques. La régulation dudit système utilisera de préférence l'anémomètre 82 pour la mesure du vent.

En variante ou complémentairement, il est également judicieux d'équiper l'éolienne d'un dispositif permettant de faire pivoter de 90 degrés la nacelle par rapport au vent. L'hélice de l'éolienne passe ainsi d'une position face à la direction du vent, à une position de profil. Un tel système est usuel sur les éoliennes pour empêcher les dégradations pouvant se produire lors de vents très forts, typiquement pour des vents supérieurs à 27 m/s, et / ou pour permettre un arrêt de l'éolienne. La régulation dudit système utilisera de préférence l'anémomètre 82 pour la mesure du vent.35 L'unité 6 comprend une régulation du rapport de transmission secondaire dans la transmission secondaire 15 entre la charge inertielle et la machine de transformation. Cette régulation du rapport de transmission secondaire se fait de façon à maintenir constante la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 12 solidaire du rotor de la machine 4. Dans le mode de réalisation représenté, la régulation du rapport de transmission secondaire se fait au moyen d'une machine de contrôle 17. De préférence on utilise un capteur de vitesse 84 pour la mesure de la vitesse réelle de rotation du rotor de la machine 4, et la boucle de régulation de rapport secondaire prend en compte les mouvements d'orientation de la nacelle, qui en raison du couple conique 18 font varier la vitesse de rotation de l'arbre intermédiaire 13 par rapport à la vitesse de rotation très stable de la charge inertielle 7. Comme dans le cas de la régulation du rapport primaire, la prise en compte des mouvements d'orientation de la nacelle est, soit inhérente puisque la régulation se base sur les vitesses de rotation réelles et de consigne de la machine 4, soit améliorée par prise en compte d'informations relatives aux mouvements d'orientation.

La transmission primaire est asservie en vitesse de manière à optimiser la puissance éolienne collectée, tandis que la génératrice 4 absorbe une puissance qui dépend des récepteurs électriques alimentés par cette génératrice. Il en résulte qu'une différence peut apparaître au niveau de l'arbre intermédiaire entre l'énergie collectée et l'énergie transmise à la génératrice par l'unité 6. La charge inertielle 7 absorbe l'énergie excédentaire fournie par la source et/ou fournit un complément énergétique à la machine 4 lorsque l'énergie fournie par la source est insuffisante. La puissance captée par l'hélice peut donc être supérieure à la puissance instantanée et même à la puissance maximale de la génératrice, l'excès de puissance étant stocké dans la masse inertielle.

La capacité de stockage énergétique de la charge inertielle 7 est donc de préférence définie au préalable en fonction des conditions éoliennes du site d'implantation, de la puissance de la génératrice et des besoins en stockage énergétique. La capacité de stockage énergétique de la charge inertielle 7 en phase d'exploitation correspond à la différence entre l'énergie absolue de la charge inertielle à sa vitesse maximale de rotation, et l'énergie absolue de la charge inertielle à sa vitesse minimale de rotation. Dans un exemple typique, la vitesse de rotation de la charge inertielle est comprise entre 300 et 400 tr/min, et sa masse est comprise entre 20 et 40 tonnes. Une vitesse modérée présente l'avantage d'une réduction des coûts par l'utilisation de paliers disponibles sur le marché, mais également d'une grande fiabilité de la machine avec peu de problèmes de vibration et d'équilibrage. On s'écarte donc, de préférence, de la tendance observée dans d'autres applications où les volants d'inertie destinés au stockage d'énergie cinétique tournent à des vitesses très élevées. En n'exploitant qu'une plage de vitesse relativement étroite (25% de la vitesse maximale dans l'exemple), on réduit l'étendue de la gamme de rapports de transmission à réaliser dans chacune des transmissions 13 et 14, respectivement.

Une telle énergie correspond à un peu plus d'une heure de fonctionnement de la machine électrique à pleine puissance, ce qui permet largement de lisser les irrégularités du vent, dont la période est typiquement de 20 min. En cas d'absence prolongée de vent, généralement connue à l'avance par les prévisions météorologiques, la réserve permet environ 6 heures de fonctionnement à puissance électrique modérée, de l'ordre de 15 à 20 kW. Si une réserve d'énergie plus grande est souhaitée, par exemple pour une éolienne plus puissante, il suffit d'accroître la hauteur du cylindre.

Dans un mode de réalisation alternatif la masse inertielle est un cylindre en carbone permettant notamment des vitesses de rotation supérieures.

Grâce à l'invention, l'hélice 3 peut adopter une vitesse de rotation exploitant au mieux les conditions éoliennes tout en permettant à la machine de production d'électricité 4 de tourner à une vitesse parfaitement stabilisée même lors de déficit éolien transitoire.

Ainsi la machine de production d'électricité 4 peut être une génératrice synchrone tournant à une vitesse parfaitement stabilisée, par exemple 3000 tr/min, produisant de manière stable un courant de 50 Hertz (ou 60 Hertz dans certains pays) compatible avec le réseau.

La génératrice tourne à vitesse parfaitement stable même en présence de vent par bourrasques. L'invention permet cependant la pleine exploitation de ces bourrasques et des forts vents en captant et en emmagasinant le surplus d'énergie éolienne disponible même si l'on n'a pas investi dans une génératrice de taille supérieure correspondante. Outre le coût de génératrices de taille supérieure, leur poids et leur encombrement les rendent difficiles à positionner dans la nacelle. L'invention permet d'anticiper l'arrêt de l'éolienne en préparant la mise en oeuvre de solutions alternatives de fourniture énergétique au réseau électrique lorsque la vitesse de rotation de la charge inertielle tombe en dessous d'un seuil prédéterminé. La solution permet également d'emmagasiner au sein de l'éolienne une énergie pouvant assurer, indépendamment des conditions éoliennes, la fourniture d'électricité sur une période donnée. Ainsi l'éolienne peut emmagasiner de l'énergie durant la nuit pour la restituer durant la journée ou durant les pics de consommation journaliers.

Dans le cadre d'un fonctionnement de l'éolienne en tant que source d'alimentation d'un réseau, l'éolienne est de préférence équipée d'un système de communication avec un centre de gestion, en particulier pour émettre un préavis de coupure lorsque la durée de fonctionnement avant arrêt de la machine de production d'électricité, estimée par mesure de la vitesse de rotation de la charge inertielle, descend sous une valeur seuil. Ce système de communication permet également le pilotage de l'éolienne depuis le centre de gestion, en particulier pour permettre à l'éolienne de transmettre l'intégralité de la puissance à la charge inertielle 7 en prévision de conditions éoliennes défavorables.

La solution telle que représentée présente l'intérêt de permettre une utilisation optimisée d'un générateur synchrone en tant que machine de production d'électricité 4. Un générateur synchrone est sept fois moins cher qu'un générateur asynchrone tel qu'usuellement utilisé dans les éoliennes. Il est également plus efficace, plus petit, et plus léger. Cette solution permet donc d'améliorer significativement l'efficacité de l'éolienne 6.35 La figure 1 représente encore une unité de commande 81, disposée en pratique dans la nacelle 2 ou dans le mât 1, et qui reçoit les signaux du capteur anémomètre 82 disposé de manière connue de l'homme de l'art, du capteur de vitesse de l'hélice 83, du capteur de vitesse 84 de la machine 4.

L'unité 81 envoie des instructions (lignes en trait mixte) aux machines de contrôle 16 et 17 pour régler les rapports de transmission des transmissions primaire 14 et secondaire 15, ainsi qu'aux moteurs d'orientation 21, et (de manière non représentée) à d'autres organes de commande comme par exemple les moteurs d'orientation des pales de l'hélice 3.

L'arbre 86 de la masse inertielle 7 peut être un tube en fibres de carbone pour être très résistant à la torsion et peu enclin aux vibrations. Un diamètre de l'ordre de 25 cm est raisonnable. De tels arbres ou des arbres similaires supportent les pales des hélices d'éoliennes actuelles pour les rendre résistantes à la flexion tout en permettant leur orientation.

L'exemple de la figure 2 ne sera décrit que pour ses différences par rapport à celui de la figure 1.

Au lieu d'être disposées dans la nacelle 2, la machine de production d'électricité 4 et la transmission secondaire 15 avec sa machine de contrôle 17 sont maintenant disposées à la base du mât, dans le volume du mât ou dans un local attenant. Elles sont fixées par rapport au sol. L'arbre d'entraînement vertical de la charge inertielle sert alors en même temps d'arbre de transmission entre la nacelle et la machine.

Dans cet exemple la charge inertielle 7 est un volant d'inertie disposé dans une enceinte 90 situé sous le mât 1. Cette solution présente l'avantage d'autoriser l'emploi de volants d'inertie de fort diamètre. Ainsi pour une énergie stockée équivalente, la vitesse de rotation du volant d'inertie est réduite. Les vibrations dues à l'équilibrage de la charge sont réduites, et la durée de vie des paliers accrue. Cette solution présente comme autre avantage l'emploi d'un mât comparable à celui des éoliennes existantes, permettant l'application de l'invention aux éoliennes existantes, et un diamètre du mât faible réduisant les nuisances visuelles.

Dans un exemple de réalisation pratique, pour une éolienne de 100 kW le volant d'inertie est un cylindre creux en matériau ferreux, ayant une hauteur de 1,5 m, un diamètre de 8 m, une épaisseur de 10 cm, qui emmagasine une énergie cinétique utile (différence entre l'énergie cinétique à la vitesse maximale de 400 t/min et celle à la vitesse minimale de 300 t/min) de 110 kWh pour une masse de l'ordre de 30 tonnes.

En variante ou complémentairement, plusieurs éoliennes peuvent être liées mécaniquement à l'entrée de la transmission secondaire, par exemple au moyen d'un différentiel. Cette solution présente l'avantage de permettre l'utilisation d'une seule génératrice

L'exemple de la figure 3 représente un diagramme d'exploitation de l'énergie éolienne selon l'invention. La courbe 41 représente en fonction du temps T la puissance du vent P pouvant être théoriquement captée par une hélice donnée. La puissance du vent présente de grandes variations en fonction du temps.

Les études préliminaires à l'implantation d'une éolienne comprennent de manière générale une étude statistique des conditions éoliennes. Les résultats de cette étude permettent notamment le dimensionnement de la génératrice et de l'hélice, de manière à optimiser la production énergétique relativement aux coûts d'installation et de maintenance de l'éolienne. La puissance maximale de la génératrice M est alors choisie inférieure à la puissance maximale du vent (de l'hélice).

Il est considéré déraisonnable, selon l'état de la technique, d'installer une génératrice plus grosse dont la puissance n'est que rarement disponible en totalité. Ainsi lorsque la puissance maximale du vent est supérieure à la puissance d'exploitation de la génératrice, une éolienne classique n'exploite pas le surplus d'énergie illustré par la zone hachurée 42. En pratique, on modifie l'inclinaison des pales de l'hélice pour ne capter qu'une fraction de l'énergie éolienne disponible.

A l'inverse, lorsque la puissance du vent est inférieure à la puissance maximale de la génératrice, la génératrice ne fournit que l'énergie correspondant à la puissance du vent. La génératrice est alors en sous-capacité de production énergétique, sa capacité de puissance illustrée par la zone en pointillés 43 étant alors indisponible.

La solution telle que proposée par l'invention autorise, par l'utilisation d'une masse inertielle, un stockage des surplus énergétiques tels qu'illustrés par la zone 42, et un déstockage de cette énergie lors des phases de déficit de puissance éolienne tel qu'illustré par la zone 43.

En outre, selon l'état de la technique, on peut également faire fonctionner l'éolienne à une puissance inférieure à la puissance éolienne disponible même en cas de vent normal , lorsque la demande électrique est faible.

Au contraire, dans une telle situation, l'éolienne selon l'invention capte la totalité de la puissance disponible et stocke l'excédent dans la charge inertielle.

Une éolienne mettant en oeuvre le procédé de l'invention est ainsi en mesure de restituer davantage d'énergie qu'une éolienne classique. Cette augmentation de rendement s'accompagne en outre d'avantages précédemment décrits pouvant contribuer à l'optimisation de l'exploitation énergétique d'un réseau comprenant d'autres sources énergétiques.

Dans l'exemple représenté à la figure 4, la transmission primaire à variation continue 14 et sa machine de contrôle 16 sont représentés selon une demi vue axiale schématique.

La transmission 14 comprend un mécanisme différentiel 50. Dans cet exemple, le mécanisme 50 est un train planétaire ou épicycloïdal, composé de trois organes rotatifs, à savoir une roue planétaire 51, de rayon R1, solidaire de l'arbre intermédiaire 13, une couronne dentée 52, de rayon R2, solidaire de l'arbre d'entrée 11, et un porte-satellites 53 constituant un organe rotatif de réaction. Le porte-satellites 53 supporte au moins un équipage de deux satellites 54, 55 montés en cascade, qui engrènent l'un avec l'autre. Le satellite 54 engrène avec la denture extérieure de la roue planétaire 51 et le satellite 55 engrène avec la denture intérieure de la couronne dentée 52.

Ce type de train épicycloïdal à paires de satellites en cascade présente les particularités suivantes : pour un rapport de transmission égal à 1 :1 entre l'arbre d'entrée 11 et l'arbre intermédiaire 13, la roue planétaire 51, la couronne 52 et le porte-satellites 53 tournent à la même vitesse. Lorsque la vitesse de rotation du porte-satellites 53 est nulle, les vitesses circonférentielles des dents de la couronne 52 et de la roue planétaire 51 sont égales de sorte que le rapport de transmission est un rapport de surmultiplication R2/R1, la roue planétaire 51 tournant donc plus vite que la couronne 52, et dans le même sens. Lorsque le porte-satellites 53 tourne en sens inverse de la couronne 52 et de la roue planétaire 51, la vitesse du porte-satellites par rapport à celle de la couronne 52 détermine un rapport supérieur à R2/R1. Le couple de réaction à appliquer sur le porte-satellites 53 doit être orienté dans le sens inverse du sens de rotation de l'arbre d'entrée 11 et de l'arbre intermédiaire 13.

Ce type de train planétaire présente des caractéristiques très favorables dans l'application à l'invention où la puissance à l'entrée est maximale lorsque la vitesse est maximale et par conséquent le rapport de multiplication à établir est minimal. Dans ce cas la vitesse de rotation du porte-satellites est faible ou nulle, et en conséquence la puissance mécanique sur le porte-satellites est très basse ou nulle. Lorsque la vitesse d'entrée est basse, une surmultiplication plus forte est nécessaire, le porte-satellites tourne plus vite (en inverse) par rapport à la couronne d'entrée, mais comme la couronne tourne lentement et que le couple est faible, la puissance nécessaire sur le porte-satellites reste faible. On peut donc commander le rapport de surmultiplication en faisant varier la vitesse du porte-satellites au moyen d'une puissance de commande qui est toujours modérée par rapport à la puissance transmise.

On pourrait donc entraîner le porte-satellites 63 à l'aide d'un moteur dont on réglerait la vitesse pour régler le rapport de transmission du train planétaire 50. Ce moteur serait alimenté en électricité par la machine de production 4, la puissance mécanique du moteur étant non pas perdue mais réinjectée sur l'arbre intermédiaire 13.

Mais dans l'exemple représenté, des dispositions sont prévues pour réduire encore la puissance nécessaire pour commander le rapport de transmission.

Un mécanisme différentiel secondaire 60 est interposé entre la machine de contrôle 16 et le porte-satellite 53. Dans cet exemple le mécanisme 60 est similaire au mécanisme différentiel 50. Il est composé de trois organes rotatifs, à savoir une roue planétaire 63 de rayon R3, solidaire de l'arbre intermédiaire 13, une couronne dentée 64 de rayon R4, solidaire du porte-satellites 53, et un porte-satellites 65 constituant un organe rotatif de réaction. Le porte-satellites 65 supporte au moins un équipage de deux satellites 61, 62 montés en cascade qui engrènent l'un avec l'autre. Le satellite 61 engrène avec la denture extérieure de la roue planétaire 63 et le satellite 62 engrène avec la denture intérieure de la couronne dentée 64. Le porte-satellites 65 est solidaire d'une couronne dentée extérieurement 71 avec laquelle engrène un pignon 74 solidaire de l'arbre du moteur de contrôle 16.

En donnant au porte-satellites 65 un mouvement en sens opposé à celui de la roue planétaire 63 et une vitesse de rotation égale à R4/R3 fois la vitesse de rotation de la roue planétaire 63, la couronne 64 est immobile. Si la vitesse du porte-satellites 65 en sens opposé à la roue planétaire 63 devient supérieure à R4/R3 fois la vitesse de la roue planétaire, la couronne 64 et donc le porte-satellites 53 tournent en sens inverse de l'arbre 13, à une vitesse inférieure à celle du porte-satellites 65.

On peut par exemple avoir les valeurs numériques suivantes : - gamme de vitesse de rotation de l'hélice : 1 à 25 t/min - rapport de multiplication dans le surmultiplicateur 5 : 3 :1 - gamme de rotation de la couronne 52 : 3 à 75 t/min - R2/R1 = 3 - R4/R3 = 2,5 - gamme de vitesse de rotation de l'arbre 13 : 300 à 400 t/min - gamme de rapports de multiplication à réaliser dans la transmission primaire : 4 :1 à 133 :1 De telles valeurs se sont avérées avantageuses pour répartir la puissance à transmettre entre les deux trains planétaires 50 et 60, limiter la puissance du moteur 16 à une proportion de l'ordre de 10% de celle de la génératrice, et permettre une régulation fine du rapport de transmission par commande de la puissance du moteur 16.

De manière non représentée, la transmission secondaire 15 et son dispositif de commande 17 peuvent avoir une architecture identique à celle décrite pour la transmission primaire 14 en référence à la figure 4. Son optimisation est plus simple puisque la gamme de rapports à réaliser est beaucoup plus étroite. Cette gamme est comprise entre 7,5 :1 et 10 :1 dans l'exemple précédent.

En variante ou complémentairement au dispositif de changement de vitesse, il est possible de réaliser au moins une machine de contrôle 16 ou 17 sous la forme d'une génératrice asservie. L'énergie électrique produite parvient ensuite par exemple à un redresseur pour charger des batteries et/ou alimenter les bornes d'une ou plusieurs utilisations. Il est notamment possible de choisir les transmissions 14 et 15 de sorte à combiner une machine de contrôle utilisant une génératrice, et alimentant au moins partiellement une machine de contrôle utilisant un moteur.

Dans une transmission telle que décrite en référence à la figure 4, la machine de contrôle peut être une génératrice au lieu d'un moteur si les rapports de transmission à réaliser dans le deuxième train 60 sont moins grands que (R4/R3) : 1, (vitesse de 63 : vitesse de 64). Si la machine de contrôle est directement reliée au porte-satellites 53 (absence de deuxième train), il faut que (vitesse de 51 : vitesse de 52) < [(R2/R1) :1].

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés. Le multiplicateur à rapport fixe n'est pas indispensable.

L'éolienne peut par ailleurs être couplée à plusieurs éléments inertiels. On pourrait par exemple coupler l'éolienne à plusieurs cylindres rotatifs. Les cylindres rotatifs peuvent être en matériau carbone, et/ou maintenus en place par des paliers électromagnétiques pour augmenter la durée de vie des paliers, et/ou placés sous vide pour limiter les frottements de l'air. Il est également possible que l'éolienne utilise plusieurs accumulateurs d'énergie de nature différente, comme par exemple outre un cylindre rotatif, un stockage par air comprimé et/ou une pompe permettant le transport d'eau de l'aval à l'amont d'un barrage. L'accumulateur peut dans ce cas servir à alimenter ultérieurement la machine de transformation de l'éolienne et/ou une autre machine de transformation.

Dans l'exemple de la Fig 2, il peut être préférable de placer le volant d'inertie 7 en dessous du couplage avec la transmission secondaire 14.

Dans la plupart des exemples, on peut prévoir un système de pilotage à distance, permettant de piloter les différents paramètres de l'éolienne, notamment par le recours d'un opérateur et/ou d'un dispositif automatisé prenant en compte des paramètres extérieurs, tels que par exemple les perspectives de consommation électrique du réseau et/ou les prévisions météorologiques.

Claims (9)

1. Revendications1. Procédé de collecte d'énergie à partir d'une source à puissance et vitesse variables telle qu'une hélice d'éolienne (3), dans une machine de transformation telle qu'une génératrice électrique (4) dont on régule la vitesse de rotation, caractérisé en ce qu'on utilise une charge inertielle (7) qui absorbe de l'énergie excédentaire fournie par la source et/ou fournit un complément énergétique à la machine (4) lorsque l'énergie fournie par la source est insuffisante.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on règle un rapport de transmission primaire entre la source (3) et la charge inertielle (7).
3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on règle le rapport de transmission primaire de façon à faire tendre la vitesse de la source (3) vers une valeur optimisant la puissance captée.
4. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on règle le rapport de transmission primaire (14) en fonction d'au moins un paramètre choisi parmi: énergie de la source, en particulier vitesse du vent, puissance transmise entre source et charge inertielle.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'on détermine la puissance transmise entre source et charge inertielle en fonction directe ou indirecte des vitesses d'entrée et de sortie de la transmission primaire (14).
6. 6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que : - lorsque la puissance captée augmente alors que la vitesse de 25 l'hélice varie, on maintient le rapport primaire inchangé, lorsque la puissance captée diminue alors que la vitesse de l'hélice varie, on modifie le rapport de transmission dans le même sens que la variation de vitesse du volant, et- lorsque la puissance captée est sensiblement stable alors que la vitesse de l'hélice varie, on modifie le rapport de transmission dans le sens opposé au sens de variation de la vitesse du volant.
7. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on régule la vitesse de rotation de la machine de transformation (4) en réglant un rapport de transmission secondaire entre la charge inertielle (7) et la machine de transformation (4).
8. 8. Unité de production d'électricité pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 7 comprenant un arbre intermédiaire (13) reliable à une charge inertielle (7), une transmission primaire (14) pour établir une liaison à rapport variable entre la source (3) et l'arbre intermédiaire (13), et une transmission secondaire (15) pour établir une liaison à rapport variable entre l'arbre intermédiaire et la machine de transformation (4).
9. 9. Unité selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un capteur (84) mesurant la vitesse de rotation de l'arbre (12) de la machine de production d'électricité (4) ou de l'arbre intermédiaire (13), et une boucle de régulation agissant sur le rapport de transmission entre l'arbre intermédiaire (13) et l'arbre (12) de la machine (4) afin de maintenir la vitesse de rotation de la machine constante. 1O.Unité selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comprend une régulation du rapport de transmission dans la transmission primaire (14), dans le sens d'une optimisation de la puissance captée par la source. 11.Unité selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que l'une au moins des transmissions comprend un train planétaire comportant : - une couronne (52) reliée à l'entrée de la transmission, - une roue planétaire (51) reliée à la sortie de la transmission, et - un porte-satellites (53) relié au moins indirectement à une machine de contrôle (16) réglable et supportant au moins une paire desatellites (54, 55) engrenant l'un avec l'autre, et engrenant l'un (54) avec la roue planétaire (51) et l'autre avec la couronne (52). 12. Unité selon la revendication 11, caractérisée en ce que le porte-satellites (53) est relié à la machine de contrôle par l'intermédiaire d'un train planétaire secondaire comprenant : - une seconde couronne (64) solidaire du porte-satellites (53) - une seconde roue planétaire (63) solidaire de la sortie de la transmission - un second porte-satellites (65) en liaison d'entraînement avec la machine de contrôle (16) et supportant au moins une paire de satellites (61, 62) engrenant entre eux et engrenant l'un (61) avec la seconde roue planétaire (63), et l'autre (62) avec la seconde couronne (64). 13. Eolienne comprenant un mât (1), une nacelle orientable (2) au sommet du mât, et une hélice (3) montée en rotation dans la nacelle, caractérisée en ce qu'elle met en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 7, et/ou utilise une unité de production d'électricité selon l'une des revendications 8 à 12. 14. Eolienne selon la revendication 13, caractérisée en ce que la machine de transformation (4) est placée fixement à la base du mât (1), un arbre d'entraînement vertical de la charge inertielle (7) servant en même temps d'arbre de transmission entre la nacelle et la machine (4). 15. Eolienne selon la revendication 13 ou 14, caractérisée en ce que la nacelle (2) est orientable relativement au mât autour d'un axe vertical (8) qui coïncide avec l'axe de rotation de la charge inertielle (7). 16. Eolienne selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisée par des moyens pour prendre en compte les mouvements d'orientation de la nacelle dans au moins un rapport de transmission entre l'hélice et la charge inertielle, et/ou entre la charge inertielle et la machine de production d'électricité.17. Eolienne selon la revendication 16, caractérisée en ce que la charge inertielle (7) est situé en dessous de la nacelle (2), en particulier à la base du mât (1). 18. Eolienne selon la revendication 16 ou 17, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour éliminer ou compenser un couple de réaction autour dudit axe vertical (8), entre la nacelle (2) et la charge inertielle (7), en particulier pendant la rotation de la nacelle (2). 19.Eolienne selon l'une des revendications 13 à 18, caractérisée par une absence de multiplicateur à rapport fixe, en particulier entre l'hélice et l'arbre de transmission primaire. 20. Eolienne selon l'une des revendications 13 à 19, caractérisée en ce que la vitesse de rotation de la charge inertielle est de quelques centaines de tours par minute. 21. Eolienne selon l'une des revendications 13 à 20, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de la charge inertielle est maintenue au moins égale à la moitié, de préférence au moins égale au trois quarts de la vitesse maximale. 22. Eolienne selon l'une des revendications 13 à 21, caractérisé en ce que l'énergie utile stockée dans la charge inertielle est égale à environ 1h de fonctionnement de la machine de production d'électricité à sa puissance maximale.