FR2944835A1

FR2944835A1 - Wind energy capturing and regulating device i.e. wind turbine, for producing electricity, has orientation and transferring unit orienting nacelle and transferring captured energy from impeller to generator connected to electrical network

Info

Publication number: FR2944835A1
Application number: FR0901996A
Authority: FR
Inventors: Roumen Antonov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2010-10-29

Abstract

The device has an impeller (1) mounted on a nacelle (2) located at a top of a pylon (3), and a vertical shaft for transferring rotation of a rotor to a variable speed drive installed at the level of the ground. An inertia wheel is placed at the level of foundations (8) of the device, and an output of the speed drive drives the inertia wheel to store an energy captured by the impeller. An orientation and transferring unit orients the nacelle and transfers the captured energy from the impeller to a main generator connected to an electrical network.

Description

-1- Dispositif de production d'électricité à partir d'une source motrice à vitesse variable, et dispositif de stockage inertiel d'énergie et éolienne ainsi équipées 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. The present invention relates to the field of wind turbines or any other field in which an electric generator is to be used. be connected to a variable speed motor source.

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. The invention relates more particularly to a power collection process for an electricity generating machine whose speed of rotation is regulated from a power source of variable power and speed, in particular a wind turbine propeller.

L'invention concerne également une unité de production d'électricité convenant pour être entraînée par une hélice d'éolienne. The invention also relates to a power generation unit suitable for being driven by a wind turbine propeller.

L'invention concerne encore une éolienne mettant en oeuvre le procédé de collecte d'énergie ou l'unité de production d'électricité. 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 éoliennes de grande puissance, pouvant atteindre plusieurs mégawatts. The invention also relates to a wind turbine implementing the energy collection process or the power generation unit. At present, the use of wind turbines is still limited because their production and operating costs are still too high compared to their efficiency. It is therefore essential to lower the cost of the kilowatt produced by wind turbines. This is even a necessary condition for the development of large wind turbines, which can reach several megawatts.

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 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. One of the major difficulties is to make the best use of wind energy despite, on the one hand, the very large variations in wind speed, and on the other hand, the very large variations in electricity consumption on the grid during the course of the year. time. It is customary to establish a correspondence between the needs of the network and an optimized exploitation of the available wind energy.

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 -2- 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 5 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. 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. 15 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 20 pour pouvoir exploiter des vents relativement rares. The vast majority of wind turbines installed thus include a gearbox, allowing the generator to operate within a certain speed range while the wind speed is between a minimum speed close to -2- zero and a maximum speed of l order of 15 m per second. The rotational speed of the wind turbine propeller then typically varies between 1 and 30 rpm. The generator is most often of the asynchronous type, tolerant of small speed variations of the input shaft of the generator. In addition some manufacturers equip their wind turbines with two generators, a small for periods of low wind and a larger for periods of strong wind. Wind turbines are also known provided with a generatrix with variable number of poles. By modifications of the pole connection, such a generator can operate with different numbers of poles, and therefore accept different speeds of rotation. In many existing wind turbines, the power of the generator is chosen to match the power that can be captured by the propeller for a relatively low wind speed. The strongest powers are discarded because it is considered unprofitable to provide a larger electric machine to be able to exploit relatively rare winds.

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 stockage d'énergie sous 25 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. There are also known electrical energy storage devices to best exploit the available wind energy at any time and restore it according to the needs of the network. These electrochemical energy storage devices in batteries, however, are poorly adapted to a large number of charging / discharging cycles, their service life is limited, and they contain pollutant components opposing the objective of cleanliness of wind turbines.

30 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. 10 2944835 -3- 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. The storage of electrical energy can also be achieved by superconducting inductances or supercapacitors. But the cost of these components is high and their use has the same disadvantages as the batteries. In all cases, the frequency of the electric current produced varies according to the speed of rotation of the generator, which makes it impossible to connect directly to the network, and requires a complex transformation to obtain a frequency compatible with that of the network. In particular, a technology with two generators requires a switch from one generator to the other in the supply of the power grid, and therefore the need to regularly adjust the frequency and the phase of the product current to that of the network. This problem increases the price of the installation and does not significantly increase the efficiency of the wind turbine. In particular, the difficulties of storing electrical energy do not make it possible to fully exploit wind energy, during periods when strong wind and low power consumption combine.

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. A method of collecting and storing wind energy is also known from JP 2005180237 A1. This device uses a compressor powered by a wind turbine, to compress air in an accumulator and then relax it to operate an electric generator. But besides the difficulties related to the storage of compressed air, the efficiency of this device remains low.

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 hydroélectrique, 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. US 6,023,105 provides a water pump powered by a vertical axis wind turbine to collect water downstream of a hydroelectric dam, and transport water upstream of said dam. The potential energy thus stored can then be converted into electrical energy through the turbine and generator of the hydroelectric dam. This highly efficient solution however requires very heavy investments and the availability of appropriate sites.

Le but de la présente invention est de remédier au moins à une partie des 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 2944835 -4- 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. The object of the present invention is to overcome at least some of the foregoing disadvantages, in particular with a view to reducing the cost and / or complexity, and / or to improving the energy efficiency and / or frequency stability of the production of electricity. The invention proposes a method of collecting energy from a variable power and speed source such as a wind turbine propeller, in a transformation machine such as an electric generator whose rotation speed is regulated. The invention is characterized in that an inertial load is used which absorbs excess energy supplied by the source and / or provides an energy supplement to the machine when the energy supplied by the source is insufficient. .

Ainsi, on peut collecter des puissances qui dépassent la puissance que l'on 5 est capable de transformer en énergie électrique à un instant donné. Thus, it is possible to collect powers that exceed the power that can be converted into electrical energy at a given instant.

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 10 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 15 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. 20 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 25 mégawatts. Excess energy is stored in the inertial load and can be used later to power the electric power machine when it needs a mechanical power exceeding that available at the source. There are thus many technical effects and advantages. The capture efficiency of the energy available at the source is considerably increased, for example from 27% in a conventional wind turbine to about 50% with the method according to the invention. In addition, the production machine can continue to produce normally when the source has little or no power at all (no wind situation in the case of a wind turbine), which greatly reduces or even eliminates the need to resort to alternative means when the source is weak, as well as the problems of reconnecting the production machine with consumers once the power of the source has returned to a sufficient level. Surprisingly, it has been found possible to achieve an inertial load capable of storing a sufficient amount of kinetic energy to perform the functions just described, even for appliances, such as wind turbines, having high power, for example of the order of several 25 megawatts.

On peut par exemple dimensionner la charge inertielle pour qu'elle soit capable d'emmagasiner une énergie cinétique maximum utilisable correspondant à 24 heures de fonctionnement de la machine de production à pleine puissance. De 30 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 2944835 -5- éolienne, on choisit une vitesse maximale de l'ordre de 400 tr/min et une vitesse minimale de l'ordre de 300 tr/min. For example, it is possible to dimension the inertial load so that it is able to store a maximum usable kinetic energy corresponding to 24 hours of operation of the production machine at full power. Preferably, the inertial load is always maintained between a minimum rotational speed and a predetermined maximum rotational speed. The maximum kinetic energy that can be used is then calculated as the difference between the kinetic energy at the maximum speed and that at the minimum speed. The minimum speed is preferably greater than half the maximum speed. For example, for a wind turbine, a maximum speed of the order of 400 rpm and a minimum speed of the order of 300 rpm are chosen.

Il y a de préférence entre la source et la charge inertielle une transmission 5 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. There is preferably between the source and the inertial load a primary transmission whose ratio is preferably adjustable, in particular to improve the energy transfer from the source to the inertial load. Preferably, the ratio is adjustable by continuous variation.

Pour cela on peut régler le rapport de transmission primaire de façon à faire 10 tendre la vitesse de la source vers une valeur optimisant la puissance captée. For this purpose, it is possible to adjust the primary transmission ratio so as to make the speed of the source go towards a value which optimizes the power captured.

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. 15 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 20 la vitesse de la charge 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 différente de la vitesse optimale, 25 le réglage du rapport de transmission doit 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 30 égale à celle de l'arbre d'entrée de la machine de production d'électricité. The setting of the primary transmission ratio can be done according to at least one parameter chosen from: source energy, in particular wind speed, torque transmitted between source and inertial load. More particularly, it can be considered that the speed of the inertial load is constant over a relatively short time interval. The function of the primary transmission ratio setting is to rotate the receiver of the source (the wind turbine's propeller) at an appropriate speed. For example, it is possible to detect or read the speed of the inertial load, to detect the wind speed by means of an anemometer, to determine from a pre-recorded table the optimal speed of the helix for the wind speed which has been detected. , and adjust the gear ratio so that the propeller rotates at the optimum speed. The propeller has a high inertia. If the actual speed of the propeller is at a given time different from the optimum speed, the setting of the transmission ratio should vary gradually to converge the actual speed to the optimum speed. The regulation of the primary transmission ratio can also take into account additional objectives. For example, if the speed of the inertial load reaches a predetermined maximum value, the speed of the propeller can be adjusted so that the sensed power is equal to that of the input shaft of the power generating machine. .

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 2944835 -6- rotation de la machine de transformation. De préférence, le rapport est réglable par variation continue. In another aspect, there is preferably between the inertial load and the processing machine a secondary transmission whose ratio is preferably adjustable. The setting thus gives the possibility to regulate the speed of rotation of the processing machine. Preferably, the ratio is adjustable by continuous variation.

Dans un mode de réalisation, le procédé selon l'invention peut être mis en 5 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. In one embodiment, the method according to the invention can be implemented in a unit comprising an intermediate shaft connectable to an inertial load, a primary transmission for establishing a variable ratio connection between the source and the intermediate shaft, and a secondary transmission for establishing a variable ratio connection between the intermediate shaft and the processing machine.

10 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 15 transmission secondaire pour que la vitesse de rotation de l'arbre de la machine de production d'électricité ait la valeur fixe désirée. This unit may comprise a sensor measuring the speed of rotation of the shaft of the electricity generating machine, and a regulation loop acting on the secondary transmission ratio between the transmission shaft and the machine in order to maintain the constant machine rotation speed. Alternatively, the rotational speed of the countershaft can be detected and the secondary transmission ratio adjusted so that the rotational speed of the shaft of the power generating machine has the desired fixed value.

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 20 la vitesse doit rester constante. Les variations de puissance et de vitesse de la source ne perturbent pas la régulation. Thanks to the invention, this regulation is very reliable because it operates between the inertial load whose speed can vary only very slowly, and the machine whose speed must remain constant. The variations of power and speed of the source do not disturb the regulation.

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 25 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. 30 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. 2944835 -7- 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. The wind turbine according to the invention makes it possible over a given period of time to capture at the level of the propeller a larger quantity of energy than that absorbed by the transformation machine. The inertial load absorbs in this case the excess energy supplied by the propeller. Inversely, the inertial load can provide an energy supplement to the machine when the energy supplied by the propeller is insufficient, in particular less than the load undergone by the transformation machine. Preferably, the axis of rotation of the inertial load is vertical. When the wind turbine comprises a device for orienting the nacelle by pivoting relative to the mast, in order to orient the propeller relative to the wind, the axis of rotation of the inertial load may coincide with the axis of pivoting of the nacelle . In one embodiment, the inertial element is located below the nacelle, in particular at the base of the mast, or in the ground under the mast.

5 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 10 pivotement de la nacelle, l'hélice va tourner plus vite ou plus lentement pendant le pivotement, ce qui est indésirable. The wind turbine may comprise means for eliminating or compensating a reaction torque exerted on the nacelle about its pivot axis due to the drive of the vertical shaft of the inertial load by the horizontal shaft of the 'propeller. This torque can especially occur when the nacelle is being reoriented about its pivot axis. Depending on the pivoting direction of the nacelle, the propeller will rotate faster or slower during pivoting, which is undesirable.

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 l'hélice reste 15 sensiblement constante pendant ce pivotement. To avoid this, the primary transmission ratio can be varied during pivoting of the nacelle, so that the rotation speed of the propeller remains substantially constant during this pivoting.

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 20 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 25 par le mât, réduit la taille de la nacelle et donc sa prise au vent. In one embodiment of the wind turbine, the transformation machine is placed at the base of the mast, and preferably driven by the vertical drive shaft of the inertial load which at the same time serves as a transmission shaft between the nacelle and the machine. Thus placed at the base of the mast, the machine is fixed instead of pivoting with the nacelle. This eliminates the need to install the generator at the top of the mast, eliminates the deformable electrical connection (deformable cables) from the nacelle to bring the generated electrical current to the ground, facilitates access to the generator for its maintenance, lightens the pod as well as the loads supported by the mast, reduces the size of the nacelle and thus its catch in the wind.

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 30 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. In one embodiment, the wind turbine is provided with a communication system making it possible, for example, to communicate with a management center, in particular to issue a cut-off notice when the duration of operation before stopping the production machine. electricity, estimated by measuring the speed of rotation of the inertial load, falls below a threshold value. Thanks to the invention, the passage of the speed of rotation of the inertial load below the threshold value makes it possible to predict and organize in time the use of a substitute electrical supply, for example the public electricity grid.

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. Vu de l'extérieur, la forme générale de l'éolienne faisant l'objet de la présente invention est la même qu'une éolienne classique, mais avec une nacelle plus compacte. L'illustration de la figure 1 montre une vue générale de l'installation avec ses principaux éléments constitutifs que sont une hélice (1), une nacelle (2), un mat (3) et des fondations (8). Typically the wind turbine comprises, between the propeller and the conversion machine, a primary transmission and a secondary transmission in series, the inertial load being coupled with the output of the primary transmission and the input of the secondary transmission. From the outside, the general shape of the wind turbine that is the subject of the present invention is the same as a conventional wind turbine, but with a more compact nacelle. The illustration of Figure 1 shows a general view of the installation with its main components that are a propeller (1), a nacelle (2), a mast (3) and foundations (8).

15 Un volant d'inertie (6) est placé au niveau des fondations (8) de l'éolienne dans une enceinte en béton. A flywheel (6) is placed at the level of the foundations (8) of the wind turbine in a concrete enclosure.

La nacelle (2) est réduite à une taille minimale du fait qu'elle ne contienne que l'arbre lent (10) du rotor et un boitier transfert conique. Un arbre vertical (4) transfert la rotation du rotor jusqu'à un premier variateur continu de vitesse (5) installé au niveau du sol. La sortie de ce variateur entraine au moins un volant d'inertie (6) afin de stocker l'énergie captée par l'hélice (1). The nacelle (2) is reduced to a minimum size because it contains only the slow shaft (10) of the rotor and a conical transfer case. A vertical shaft (4) transfers the rotation of the rotor to a first continuous speed variator (5) installed at ground level. The output of this drive causes at least one flywheel (6) to store the energy captured by the propeller (1).

25 Une génératrice principale (7), elle aussi placée au niveau du sol produit un courant électrique stable, en puisant dans l'énergie stockée dans le volant d'inertie (6) par l'intermédiaire d'un second variateur continu de vitesse (25). A main generator (7), also placed at ground level produces a stable electric current, drawing from the energy stored in the flywheel (6) via a second continuous speed variator ( 25).

L'invention utilise des pales d'hélices (1) ainsi qu'un support d'hélice 30 d'éolienne standard. L'invention est équipé d'hélices renforcées par rapport à une éolienne standard de taille similaire afin de pouvoir exploiter une vitesse de référence de vent plus élevé (cela permet de capter une part plus importante de l'énergie éolienne). 20 2944835 -9- L'arbre lent (10), placé dans la nacelle (2) et qui transfert l'énergie capter par l'hélice au reste du système, est lui aussi un arbre standard. The invention uses propeller blades (1) as well as a standard wind turbine propeller support. The invention is equipped with reinforced propellers compared to a standard wind turbine of similar size in order to be able to exploit a higher wind reference speed (this makes it possible to capture a larger share of the wind energy). The slow shaft (10), placed in the nacelle (2) and which transfers the energy captured by the propeller to the rest of the system, is also a standard shaft.

Un boitier de transfert à pignons coniques est installé au niveau de.la nacelle 5 (2). Celui-ci permet de transférer l'énergie de l'arbre lent (10) vers un arbre de transfert vertical (4) situé dans le mat (3) de l'éolienne. A bevel gear transfer case is installed at the platform 5 (2). This allows the energy of the slow shaft (10) to be transferred to a vertical transfer shaft (4) located in the mast (3) of the wind turbine.

L'arbre de transfert vertical (4) est réalise en matériau composite, comme les pales par exemple, et tourne relativement lentement. Le couple appliqué sur l'arbre 10 lent (10) étant très élevé, il est possible de le réduire légèrement sur l'arbre de transfert vertical (4) en augmentant sa vitesse de rotation par l'intermédiaire d'un rapport de multiplication de vitesse adapté au niveau du boitier de transfert conique The vertical transfer shaft (4) is made of composite material, such as blades for example, and rotates relatively slowly. As the torque applied to the slow shaft (10) is very high, it is possible to reduce it slightly on the vertical transfer shaft (4) by increasing its speed of rotation by means of a multiplication ratio of speed adapted to the level of the conical transfer case

La connexion entre le boitier de transfert conique et l'arbre de transmission vertical (4) est réalisée à l'aide d'un accouplement flexible (17). De plus il est possible d'y placer un amortisseur dynamique afin de réduire les vibrations transmises à l'arbre de transmission vertical (4) et au reste du système. The connection between the conical transfer case and the vertical transmission shaft (4) is achieved by means of a flexible coupling (17). In addition it is possible to place a dynamic damper to reduce the vibrations transmitted to the vertical transmission shaft (4) and the rest of the system.

L'arbre de transfert vertical (4) est constitué de plusieurs modules (15) d'environ 10 m de long chacun. The vertical transfer shaft (4) consists of several modules (15) approximately 10 m long each.

Le fait d'utiliser des modules (15) court permet d'adapter la longueur totale de l'arbre de transfert vertical (4) à différentes hauteur de mat (3). Ces modules (15) sont connectés entre eux à l'aide d'accouplements flexibles (17) afin d'évité tous problèmes dus à des éventuels défauts d'alignements lors de la fabrication des pièces. Chacun des modules (15) est monté, au niveau des accouplements flexibles (17), sur un roulement à billes dont le palier (16) est fixé au mat de l'éolienne. Cela permet de réduire les éventuelles vibrations dans le système, et permet à chaque section d'arbre (15) d'être supporté sur son propre palier (16). Ainsi chaque roulement à billes ne supporte le poids que d'une seule section d'arbre (15). The fact of using short modules (15) makes it possible to adapt the total length of the vertical transfer shaft (4) to different mat height (3). These modules (15) are connected together by means of flexible couplings (17) in order to avoid any problems due to possible misalignments during the manufacture of the parts. Each of the modules (15) is mounted at the flexible couplings (17) on a ball bearing whose bearing (16) is fixed to the mast of the wind turbine. This reduces any vibration in the system, and allows each shaft section (15) to be supported on its own bearing (16). Thus each ball bearing only supports the weight of a single shaft section (15).

Le système d'orientation de la nacelle (3) est situé à l'intérieur de celle-ci. Il est constitué d'un frein à disque (12) et d'un étrier de frein (13) implanté entre la nacelle (2) et le mat (3) de l'éolienne. Le couple du rotor étant transféré au niveau du 2944835 -10- sol au travers du transfert conique, il est nécessaire de lier de manière rigide la nacelle (2) au mat (3). The orientation system of the nacelle (3) is located inside thereof. It consists of a disc brake (12) and a brake caliper (13) located between the nacelle (2) and the mat (3) of the wind turbine. As the torque of the rotor is transferred at ground level through the tapered transfer, it is necessary to rigidly bind the nacelle (2) to the mat (3).

S'il n'y avait pas un tel système de blocage, c'est la nacelle (2) qui tournerait 5 autour du mat (3) sans transférer le moindre couple aux systèmes placés au niveau du sol. Ce phénomène peut alors être exploité pour orienter la nacelle (2) dans la direction du vent dominant. Pour ce faire il suffit de relâcher l'effort de serrage de l'étrier de frein (13), et en contrôlant les vitesses différentielles entre le rotor et l'arbre de transferts vertical (4) par l'intermédiaire du premier variateur de vitesse (5), la 10 nacelle (2) va tourner dans un sens ou dans l'autre If there was no such locking system, the platform (2) would rotate around the mast (3) without transferring any torque to the systems at ground level. This phenomenon can then be exploited to orient the nacelle (2) in the direction of the prevailing wind. To do this, it is sufficient to release the clamping force of the brake caliper (13), and by controlling the differential speeds between the rotor and the vertical transfer shaft (4) via the first variable speed drive. (5), the nacelle (2) will rotate in one direction or the other

Lorsque la nacelle (2) atteint la position souhaitée, l'effort de serrage est de nouveau appliqué sur l'étrier de frein (13) pour figer la position de la nacelle (2). Des dents situées sur le diamètre extérieur du disque de frein (12) (ou sur tout autre 15 élément lié au disque) sont utilisés, en combinaison avec un système d'indexage, pour bloqué mécaniquement la position de la nacelle (2). Ce système d'indexage est utilisé comme sécurité en cas de défaillance du système d'orientation de la nacelle (2), et cela permet aussi de pouvoir relâcher l'effort de serrage appliqué à l'étrier de frein (13) lorsqu'il n'est pas nécessaire de déplacer la nacelle (2). Cela contribue à 20 une réduction de la consommation de puissance générale des tous les accessoires de l'éolienne. When the nacelle (2) reaches the desired position, the clamping force is again applied to the brake caliper (13) to fix the position of the nacelle (2). Teeth on the outer diameter of the brake disk (12) (or on any other disc-related element) are used, in combination with an indexing system, to mechanically lock the position of the nacelle (2). This indexing system is used as security in case of failure of the platform orientation system (2), and it also allows to release the clamping force applied to the brake caliper (13) when it is not necessary to move the platform (2). This contributes to a reduction in overall power consumption of all turbine accessories.

Les principaux éléments du système constituant la présente invention sont situés au niveau du sol ou du sous sol. 25 Le fait d'installer la génératrice principale (7) au niveau du sol facilite considérablement la maintenance de celle-ci ainsi que la connexion au réseau électrique. II est possible, comme représenté sur la figure 1, d'implanter un local directement à la base du mat (3), pour y installer la génératrice (5) et les différents 30 systèmes de contrôle. The main elements of the system constituting the present invention are located at ground level or subsoil. The fact of installing the main generator (7) at ground level considerably facilitates the maintenance thereof as well as the connection to the electrical network. It is possible, as shown in Figure 1, to locate a room directly at the base of the mat (3), to install the generator (5) and the various 30 control systems.

La figue 5 montre plus en détails les éléments principaux du système. On peut y voir l'arbre de transmission vertical (4), connecté à l'entrée du premier variateur de vitesse (5) monté verticalement. 2944835 -11- Fig. 5 shows in more detail the main elements of the system. It can be seen the vertical transmission shaft (4), connected to the input of the first variable speed drive (5) mounted vertically. 2944835 -11-

L'arbre de sortie de ce premier variateur (5) est connecté à au moins un volant d'inertie (6) ainsi qu'a l'entrée du second variateur de vitesse (25) par l'intermédiaire d'un transfert conique.The output shaft of this first inverter (5) is connected to at least one flywheel (6) and to the input of the second variable speed drive (25) via a conical transfer.

5 Finalement, la sortie du second variateur de vitesse (25) est connectée à la génératrice principale (7) qui est alors entrainée à vitesse constante. Finally, the output of the second variable speed drive (25) is connected to the main generator (7) which is then driven at a constant speed.

Claims

A device for capturing and regulating wind power, comprising a propeller (1) mounted on a nacelle (2) located at the top of a mat (3), a vertical transmission shaft (4), at least one continuous speed variator (5) and at least one inertial energy storage device (6) placed in the foundations (8) of the device, characterized by means for orienting the nacelle (2) and for transferring the sensed power of the propeller (1) to a generative (7) connected to the electrical network. 2 - Device according to claim 1, characterized in that the orientation system of the nacelle (2) operates by a specific management of the input (10) and output (11) couples using a continuous drive speed (5). 3 - Device according to claim 1 or 2, characterized in that the orientation system consists of a brake disc (12) connected to the nacelle (2) and a brake caliper (13) bonded to the mat (3). 4 - Device according to claim 1 or 2, characterized in that the orientation system is supported by an indexing system (14) for freezing the position of the nacelle (2) once oriented. 5 - Device according to claim 1, characterized in that the system consists of a vertical transmission shaft (4) made of several sections (15) of the same lengths 6 - Device according to claim 5, characterized in that each section (15) of the vertical transmission shaft (4) is mounted on a ball bearing (16). 2944835 - 13 - 7 ù Device according to claim 6, characterized in that each bearing (16) is fixed rigidly to the mat (3) of the wind turbine. Device according to claim 5 or 6, characterized in that one of the sections (5) of the vertical transmission shaft (4) is connected to another section (5) via a flexible coupling. (17) 9 - Device according to claim 1, characterized in that the main generator 10 (7) of electricity production is placed at ground level