FR2944071A3

FR2944071A3 - Installation for recovering and managing wind power provided by Darrieus vertical axis wind pump, has control circuit receiving instructions to control clutch of pump, bidirectional connector and disengageable connectors

Info

Publication number: FR2944071A3
Application number: FR0952180A
Authority: FR
Inventors: Pierre Nadaud; Patrick Leroy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2010-10-08
Anticipated expiration: 2015-04-03
Also published as: FR2944071B3

Abstract

The installation has a pneumatic compressor (4) connected to a tank (6) e.g. pneumatic engine tank, by a controlled bidirectional pneumatic connector (5). A mechanical drive (3) connects the compressor and a generator (7) e.g. multipolar generator, with an output shaft of a wind pump (1) i.e. Darrieus vertical axis wind pump. A control circuit (8) receives instructions e.g. electrical energy utilization signal (SU-E), to control a controlled clutch (2) of the pump, operation and operating directions of the pneumatic connector and disengageable connectors i.e. mechanical clutches (41, 71).

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention concerne une installation de récupération et de gestion d'énergie éolienne fournie par une éolienne, notamment une éolienne d'axe vertical de type Darrieus pour des puissances moyennes de l'ordre de quelques KW. Etat de la technique Il existe de multiples formes d'éoliennes allant des éoliennes rudimentaires entraînant une pompe à eau, par exemple pour l'alimentation en eau du bétail sur les pâturages jusqu'à des éoliennes de puissance, de taille importante pour alimenter le réseau électrique public en passant par des éoliennes de petite puissance fournissant une centaine de watts d'énergie électrique. Mais ces éoliennes dites grand public, d'une part, ne sont pas assez puissantes pour être intéressantes et assurer une certaine au- tonomie d'un utilisateur (maison individuelle vis-à-vis du réseau électrique public) et d'autre part, elles ne comportent pas de moyens permettant de stocker de l'énergie pour régulariser l'alimentation en énergie du ou des utilisateurs. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une installation de récupération et de gestion d'énergie fournie par une éolienne de manière à régulariser la puissance disponible en sortie et assurer une certaine autonomie sans nécessiter un parc de batteries coûteux en investissement et à l'entretien. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a wind energy recovery and management facility provided by a wind turbine, in particular a vertical axis wind turbine of the Darrieus type for average powers of the order of a few KW. STATE OF THE ART There are many forms of wind turbines ranging from rudimentary wind turbines driving a water pump, for example for the water supply of livestock on pastures to large wind turbines, to power the network. electric utility through small wind turbines providing a hundred watts of electrical energy. But these so-called general public wind turbines, on the one hand, are not powerful enough to be interesting and ensure a certain autonomy of a user (individual house vis-à-vis the public electricity grid) and secondly, they do not include means for storing energy to regulate the power supply of the user or users. OBJECT OF THE INVENTION The present invention aims to develop a recovery and energy management facility provided by a wind turbine so as to regulate the output power output and ensure a certain autonomy without requiring a fleet of expensive batteries investment and the interview.

Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention concerne une installation de récupération t de gestion d'énergie fournie par une éolienne, caractérisée en ce qu' elle comprend - un compresseur pneumatique relié à un réservoir par une liaison pneumatique bidirectionnelle commandée, - un générateur électrique, - une transmission mécanique reliant le compresseur et le générateur à l'arbre de sortie de l'éolienne par * une première liaison débrayable entre l'éolienne et le compres- seur, * une seconde liaison débrayable entre l'éolienne et le générateur, SUMMARY AND ADVANTAGES OF THE INVENTION For this purpose, the present invention relates to a recovery facility t energy management provided by a wind turbine, characterized in that it comprises - a pneumatic compressor connected to a reservoir by a bidirectional pneumatic connection controlled, - an electric generator, - a mechanical transmission connecting the compressor and the generator to the output shaft of the wind turbine by * a first disengageable connection between the wind turbine and the compressor, * a second link disengageable between the wind turbine and the generator,

2 - l'axe de sortie mécanique de l'éolienne est relié à la transmission mécanique par l'intermédiaire d'un embrayage commandé, - un circuit de commande recevant les instructions (signaux d'utilisation d'énergie électrique, signaux d'utilisation de l'énergie pneumatique, instructions de commande) pour commander l'embrayage de l'éolienne, le fonctionnement et le sens de fonctionnement de la liaison bidirectionnelle pneumatique et celui de la première et de la deuxième liaison débrayable. Cette installation a l'avantage de disposer d'une certaine autonomie grâce à l'énergie de l'éolienne stockée sous forme d'air comprimé dans un réservoir pour être ensuite utilisée soit directement soit pour entraîner un générateur. L'installation est particulièrement simple et surtout elle est modulaire car, par l'adjonction de réservoirs, on peut augmenter la réserve d'énergie stockée sans modifier pratiquement l'installation, c'est-à-dire l'éolienne, le compresseur, le générateur et le circuit de commande. Suivant une autre caractéristique particulièrement intéressante, l'éolienne est une éolienne d'axe vertical de Darrieus. Une réalisation simple de l'installation se caractérise par une transmission mécanique constituée par un arbre portant les liaisons débrayables et traversant le compresseur pour atteindre le générateur. Suivant une autre caractéristique, la liaison pneumatique bidirectionnelle commandée est constituée par une électrovanne à tiroirs permettant de relier le réservoir soit à l'entrée du compresseur soit à sa sortie de manière à utiliser le compresseur comme compresseur ou comme moteur et, dans ce cas, il entraîne le générateur. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la première et la seconde liaison débrayable sont des embrayages mécaniques. Suivant une autre caractéristique avantageuse, les première et seconde liaisons mécaniques débrayables sont constituée par un répartiteur débrayable dont l'entrée est reliée à la sortie de l'embrayage de l'éolienne et qui comporte deux sorties, l'une reliée au compresseur et l'autre, au générateur, ces deux sorties étant commandées pour travailler selon une fonction Et/Ou c'est-à-dire séparément ou en combinaison. 2 - the mechanical output shaft of the wind turbine is connected to the mechanical transmission by means of a controlled clutch, - a control circuit receiving the instructions (signals for using electrical energy, signals for use pneumatic energy, control instructions) for controlling the clutch of the wind turbine, the operation and direction of operation of the bidirectional pneumatic link and that of the first and second disengageable link. This installation has the advantage of having a certain autonomy thanks to the energy of the wind turbine stored as compressed air in a tank to be then used either directly or to drive a generator. The installation is particularly simple and above all it is modular because, by the addition of tanks, it is possible to increase the stored energy reserve without practically modifying the installation, that is to say the wind turbine, the compressor, the generator and the control circuit. According to another particularly interesting characteristic, the wind turbine is a wind turbine with a vertical axis of Darrieus. A simple embodiment of the installation is characterized by a mechanical transmission consisting of a shaft carrying the disengageable connections and passing through the compressor to reach the generator. According to another characteristic, the bidirectional controlled pneumatic link is constituted by a solenoid valve with drawers making it possible to connect the reservoir either to the compressor inlet or to its outlet so as to use the compressor as a compressor or as a motor and, in this case, he drives the generator. According to another advantageous characteristic, the first and the second disengageable connection are mechanical clutches. According to another advantageous characteristic, the first and second disengageable mechanical links consist of a disengageable distributor whose input is connected to the output of the clutch of the wind turbine and which has two outputs, one connected to the compressor and the other. the other, the generator, these two outputs being controlled to work according to a function And / Or that is to say separately or in combination.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un schéma par blocs de l'installation représentée dans les dessins annexés dans lesquels : Drawings The present invention will be described in more detail below with the help of a block diagram of the installation shown in the accompanying drawings in which:

3 - la figure 1 est un schéma par blocs, général de l'installation, - la figure 2 est un schéma d'une variante de réalisation. Description de modes de réalisation de l'invention Selon la figure 1, l'invention concerne une installation de récupération et de gestion d'énergie éolienne. Elle comprend une éolienne 1 et notamment une éolienne d'axe vertical de type Darrieus reliée par l'intermédiaire d'un dispositif d'embrayage 2 à une transmission mécanique 3 dont la sortie est reliée à un compresseur 4 et à un générateur électrique 7. 3 - Figure 1 is a block diagram, general of the installation, - Figure 2 is a diagram of an alternative embodiment. DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION According to FIG. 1, the invention relates to a wind energy recovery and management facility. It comprises a wind turbine 1 and in particular a vertical axis wind turbine of the Darrieus type connected via a clutch device 2 to a mechanical transmission 3 whose output is connected to a compressor 4 and to an electric generator 7.

Le compresseur 4 est relié à la liaison mécanique par l'intermédiaire d'une liaison débrayable 41 (première liaison débrayable). Il en est de même du générateur relié par une liaison débrayable 71 (seconde liaison débrayable) à la transmission mécanique 3. Le compresseur 4 est relié par l'intermédiaire de deux conduites 51, 52 et d'une liaison pneumatique bidirectionnelle commandée 5 à un réservoir 6. Le réservoir pneumatique 6 est relié à des utilisateurs d'énergie pneumatique Up tels qu'un réservoir de moteur pneumatique, de véhicule ou autre réservoir mobile ou fixe. Le générateur électrique 7 alimente de manière non détaillée des utilisateurs UE qui re- çoivent l'énergie électrique telle qu'une batterie ou un circuit électrique. Le générateur électrique comporte des circuits électroniques et électriques de régulation de la forme de l'énergie électrique fournie en sortie, c'est-à-dire la stabilisation de la tension sur un niveau de tension de consigne (non représenté). The compressor 4 is connected to the mechanical connection via a disengageable connection 41 (first disengageable connection). The same is true of the generator connected by a disengageable link 71 (second disengageable link) to the mechanical transmission 3. The compressor 4 is connected via two lines 51, 52 and a bidirectional pneumatic link controlled 5 to a tank 6. The pneumatic tank 6 is connected to pneumatic energy users Up such as a pneumatic motor tank, vehicle or other mobile or fixed tank. The electric generator 7 provides non-detailed power to UE users who receive electrical energy such as a battery or electrical circuit. The electric generator comprises electronic and electrical circuits regulating the shape of the electrical energy output, that is to say the stabilization of the voltage on a set voltage level (not shown).

L'installation est équipée d'un circuit de commande 8 qui reçoit les signaux des utilisateurs SUE, SUp et les instructions de fonctionnement I pour gérer les liaisons pneumatiques 51, 52, 5 et mécaniques débrayables 2, 41, 71. En fonction des instructions reçues (I) et des demande d'énergie (SUE, SUp,) en sortie sous forme d'énergie électrique ou d'énergie pneumatique, le circuit de commande 8 embraye ou débraye l'éolienne 1 par son embrayage 2 ; il peut également recevoir des informations I d'un capteur qui coupe la liaison avec l'éolienne 1 soit pour des raisons de difficulté de fonctionnement de l'éolienne 1 ou pour ne pas injecter de l'énergie mécanique de l'installation en retour dans l'éolienne. Le compresseur débrayable 4 est normalement embrayé sur la transmission mécanique 3 de façon à comprimer de l'air et à le stocker dans le réservoir 6 en passant par la liaison pneumatique bidirectionnelle The installation is equipped with a control circuit 8 which receives the signals from the users SUE, SUp and the operating instructions I to manage the pneumatic links 51, 52, 5 and mechanical disengageable 2, 41, 71. According to the instructions received (I) and energy demand (SUE, SUp,) output as electrical energy or pneumatic energy, the control circuit 8 engages or disengages the wind turbine 1 by its clutch 2; it can also receive information I from a sensor which cuts the link with the wind turbine 1 either for reasons of difficulty of operation of the wind turbine 1 or not to inject mechanical energy from the installation back into the wind turbine. wind. The disengageable compressor 4 is normally engaged on the mechanical transmission 3 so as to compress air and to store it in the tank 6 via the bidirectional pneumatic connection.

4 commandée 5 dans le sens s'ouvrant du compresseur 4 vers le réservoir 6 (conduite 51). La liaison pneumatique bidirectionnelle 5 gérant les deux conduites 51, 52 peut également être commandée dans l'autre sens (conduite 52), de façon à fournir de l'air comprimé au compresseur 4 qui fonctionne alors comme un moteur entraînant le générateur 7, la liaison mécanique 3 vers l'éolienne 1 sera débrayée (2) puisque l'utilisation de l'air comprimé du réservoir 6 suppose que l'éolienne est arrêtée faute de vent et ne peut entraîner le générateur 7. 4 controlled 5 in the opening direction of the compressor 4 to the tank 6 (line 51). The bidirectional pneumatic link 5 managing the two lines 51, 52 can also be controlled in the other direction (line 52), so as to supply compressed air to the compressor 4 which then functions as a motor driving the generator 7, the mechanical connection 3 to the wind turbine 1 will be disengaged (2) since the use of the compressed air of the tank 6 assumes that the wind turbine is stopped for lack of wind and can not drive the generator 7.

Lorsque la liaison mécanique 41 entre le compresseur 4 et la transmission mécanique 3 est ouverte, le compresseur 4 est neutralisé et n'est pas entrainé par la transmission mécanique ou tourne à vide. On peut en effet réaliser la liaison mécanique débrayable 41 par une fonction analogue, à savoir l'ouverture du compresseur tournant à vide, son rotor restant solidaire de la transmission mécanique 3. Le générateur électrique 7 alimente des batteries ou des circuits. Il est relié mécaniquement à la transmission mécanique 3 pour être entrainé. La fermeture de l'embrayage 41 du compresseur 4 et celle de la liaison 71 du générateur électrique sont commandées par des si- gnaux S41, S71 fournis par le circuit 8 en fonction des demandes d'énergie électrique UE ou d'énergie pneumatique Up pour être soient complètement neutralisées l'un au profit de l'autre ou fonctionner de manière combinée mais selon un certain rapport de répartition de l'énergie disponible en sortie d'éolienne 1. When the mechanical connection 41 between the compressor 4 and the mechanical transmission 3 is open, the compressor 4 is neutralized and is not driven by the mechanical transmission or idling. It is indeed possible to make the mechanical coupling disengageable 41 by a similar function, namely the opening of the compressor running empty, its rotor remaining integral with the mechanical transmission 3. The electric generator 7 supplies batteries or circuits. It is mechanically connected to the mechanical transmission 3 to be driven. The closure of the clutch 41 of the compressor 4 and that of the link 71 of the electric generator are controlled by signals S41, S71 supplied by the circuit 8 as a function of the electrical energy demands UE or of the pneumatic energy Up for be completely neutralized one for the benefit of the other or operate in a combined way but according to a certain ratio of distribution of the energy available at the exit of wind turbine 1.

L'éolienne 1 est, de préférence, une éolienne de type Darrieus d'axe vertical de façon que son arbre de sortie puisse être relié directement ou par un simple renvoi d'angle au dispositif d'embrayage 2 et ainsi à la transmission mécanique 3 reliée au compresseur débrayable 4 et au générateur débrayable 7. The wind turbine 1 is preferably a Darrieus wind turbine of vertical axis so that its output shaft can be connected directly or simply by a bevel gear to the clutch device 2 and thus to the mechanical transmission 3 connected to the disengageable compressor 4 and to the disengageable generator 7.

Selon une forme de réalisation particulièrement simple, schématisée à la figure 1, l'éolienne 1 attaque directement à sa base, la transmission mécanique 3 constituée par exemple par un arbre relié à travers le compresseur 4 et la première liaison débrayable 41 au générateur 7 par la seconde liaison débrayable 71. According to a particularly simple embodiment, shown diagrammatically in FIG. 1, the wind turbine 1 attacks directly at its base, the mechanical transmission 3 consisting for example of a shaft connected through the compressor 4 and the first disengageable link 41 to the generator 7. the second disengageable link 71.

Les signaux fournis par le circuit de commande en fonction des signaux qu'il reçoit sont le signal S2 de commande l'embrayage 2 de l'éolienne 1, le signal S41 de commande de la liaison débrayable 41 du compresseur 4, le signal S71 de commande de la liaison débrayable 71 du générateur 7 et le signal S5 de commande la liaison pneumatique bidirectionnelle 5. Le circuit de commande 8 génère les signaux de commande selon un programme établi, non détaillé. 5 Selon la figure 2, une variante d'installation de récupération de gestion d'énergie éolienne se distingue du mode de réalisation précédent par la répartition de l'énergie cinétique fournie par l'éolienne 1 directement en aval de son embrayage 2 par l'intermédiaire d'un répartiteur ou boîte de distribution 3a reliée par un premier arbre 41a au compresseur 4 et par un second arbre 71a au générateur 7. Le répartiteur 3a combine les fonctions des deux liaisons débrayables commandées avec les deux utilisateurs, le compresseur 4 et le générateur 7. Ce répartiteur 3a peut être constitué par un train épicycloïdal qui, suivant la partie bloquée, transmettra le mouvement de rotation de l'éolienne 1 soit au compresseur 4 soit au générateur 7. Il pourra également répartir l'énergie entre le compresseur 4 et le générateur 7 suivant un rapport commandé par le circuit 8 (signal de commande S3a) Enfin, lorsque l'embrayage 2 en sortie de l'éolienne 1 vers la transmission mécanique est ouvert, le compresseur 4 pourra attaquer le générateur par l'intermédiaire du répartiteur 3a. Ce répartiteur 3a pourra également assurer une fonction de démultiplicateur de vitesse de rotation. Les autres parties de cette installation sont identiques à celles déjà décrites et portent les mêmes références. Dans cette variante, le circuit de commande 8 ne fournit que trois types de signaux de commande, le signal S2 pour l'embrayage 2 de l'éolienne 1, le signal S5 de commande de la liaison pneumatique 5 et le signal S3a qui commande le distributeur 3a. Toutefois, ce dernier signal peut être un signal complexe puisqu'il gère les différents modes de fonctionnement du répartiteur 3a. The signals supplied by the control circuit as a function of the signals it receives are the signal S2 controlling the clutch 2 of the wind turbine 1, the control signal S41 of the disengageable link 41 of the compressor 4, the signal S71 of control of the disengageable link 71 of the generator 7 and the control signal S5 the bidirectional pneumatic link 5. The control circuit 8 generates the control signals according to an established, non-detailed program. According to FIG. 2, a variant of a wind energy management recovery installation differs from the preceding embodiment by the distribution of the kinetic energy supplied by the wind turbine 1 directly downstream of its clutch 2 by the wind turbine 1. intermediate of a distributor or distribution box 3a connected by a first shaft 41a to the compressor 4 and a second shaft 71a to the generator 7. The distributor 3a combines the functions of the two disengageable links controlled with the two users, the compressor 4 and the generator 7. This distributor 3a can be constituted by an epicyclic gear which, according to the locked part, will transmit the rotational movement of the wind turbine 1 to either the compressor 4 or the generator 7. It can also distribute the energy between the compressor 4 and the generator 7 in a ratio controlled by the circuit 8 (control signal S3a) Finally, when the clutch 2 at the output of the wind turbine 1 towards the tran mechanical smission is open, the compressor 4 can attack the generator via the distributor 3a. This splitter 3a can also provide a speed reduction gear function. The other parts of this installation are identical to those already described and have the same references. In this variant, the control circuit 8 provides only three types of control signals, the signal S2 for the clutch 2 of the wind turbine 1, the control signal S5 of the pneumatic link 5 and the signal S3a which controls the distributor 3a. However, this last signal can be a complex signal since it manages the different modes of operation of the splitter 3a.

Dans les installations décrites ci-dessus, le réservoir d'air comprimé 6 est un réservoir ou une combinaison de réservoirs standards, de même volume, et stockant de l'air comprimé à des pressions élevées de l'ordre de 300 à 600 bars. Il peut s'agir de réservoirs en matière plastique renforcée par des fibres de verre ou de carbone. In the installations described above, the compressed air reservoir 6 is a reservoir or a combination of standard tanks, of the same volume, and storing compressed air at high pressures of the order of 300 to 600 bar. These can be plastic tanks reinforced with glass fibers or carbon.

Les autres composants de l'installation tels que le compresseur 4 et le générateur 7 avec ses circuits de régulation sont des moyens du commerce, le cas échéant adaptés plus particulièrement aux conditions de fonctionnement de l'installation. Le générateur peut être un géné- rateur multipolaire. Les puissances débitées par le générateur sont selon les conditions de réalisation de l'installation de l'ordre de 1,5 KW / h jus-qu'à 10 KW/h.5 NOMENCLATURE The other components of the installation such as the compressor 4 and the generator 7 with its control circuits are means of commerce, if necessary adapted more particularly to the operating conditions of the installation. The generator may be a multipolar generator. The power supplied by the generator is according to the installation conditions of the order of 1.5 KW / h up to 10 KW / h.5 NOMENCLATURE

1 Eolienne 2 Embrayage de l'éolienne 3 Liaison mécanique 4 Compresseur 5 Liaison pneumatique commandée 6 Réservoir d'air comprimé 7 Générateur 8 Circuit de commande 1 Wind turbine 2 Clutch of the wind turbine 3 Mechanical link 4 Compressor 5 Pneumatic controlled link 6 Compressed air tank 7 Generator 8 Control circuit

41 Liaison débrayable du compresseur 61 Sortie du réservoir 71 Liaison débrayable commandée du générateur 72 Sortie du générateur 41 Disengageable connection of the compressor 61 Reservoir outlet 71 Generator controlled disengageable link 72 Generator output

3a Répartiteur/boîte de distribution 4a Arbre 7A Arbre UE Utilisateurs d'énergie électrique Up Utilisateurs d'énergie pneumatique SUE Signal des utilisateurs d'énergie électrique SUp Signal des utilisateurs d'énergie pneumatique I Instructions S2 Signal de commande de l'embrayage 2 S3a Signal du répartiteur 3a S5 Signal de commande de la liaison pneumatique bidirectionnelle S41 Signal de commande de la liaison débrayable du compresseur 30 S71 Signal de commande de la liaison débrayable du générateur 3a Splitter / distribution box 4a Shaft 7A Shaft EU Users of electrical energy Up Users of SUE pneumatic energy Signal of users of electrical energy SUp Signal of users of pneumatic energy I Instructions S2 Clutch control signal 2 S3a Signal of the splitter 3a S5 Signal of the bidirectional pneumatic link S41 Control signal of the disengageable link of the compressor S71 Control signal of the disengageable link of the generator

Claims

CLAIMS 1 °) Installation for recovery and energy management provided by a wind turbine, characterized in that it comprises - a pneumatic compressor (4) connected to a reservoir (6) by a bidirectional pneumatic controlled link (5), - a electric generator (7), - a mechanical transmission (3) connecting the compressor (4) and the generator (7) to the output shaft of the wind turbine (1) by a first disengageable connection (41) between the wind turbine (1) and the compressor (4) and * a second disengageable link (71) between the wind turbine (1) and the generator (7), 15 - the mechanical output shaft of the wind turbine is connected to the transmission mechanical (3) via a controlled clutch (2), - a control circuit (8) receiving the instructions (electric power usage signal, pneumatic energy usage signal, control) for controlling the clutch (2) 20 of the wind turbine, the operation and the sense of operation of the pneumatic bidirectional link (5) and that of the first and second disengageable link (41, 71). 2) Installation according to claim 1, characterized in that the wind turbine (1) is a wind turbine vertical axis Darrieus. 3. Installation according to claim 1, characterized in that the mechanical transmission (3) is constituted by a shaft carrying the disengageable connections. 4) Installation according to claim 1, characterized in that the bidirectional pneumatic connection controlled is constituted by a solenoid valve with drawers for connecting the tank is at the compressor inlet or at its outlet so as to use the compressor as compressor or as a motor and, in this case, it drives the generator. 5 °) Installation according to claim 1, characterized in that the first and second disengageable connections (41, 71) are mechanical clutches. 6 °) Installation according to claim 1, characterized in that the first and second disengageable mechanical links are constituted by a disengageable distributor whose input is connected to the output of the clutch of the wind turbine and which has two outputs, one connected to the compressor and the other to the generator, these two outputs being controlled to work according to a function and / or. 15