FR2992031A3 - Houlo-generateur avec volants inertiels - Google Patents

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Abstract

Le flotteur houlo-générateur se compose d'une coque centrale (29), contenant deux chaînes cinématiques symétriques et de deux flotteurs actifs (28) qui assurent la flottabilité de l'ensemble et surtout le tangage autour d'un arbre (10) servant de référentiel immobile car solidaire d'un arceau (24) ancré au fond. Des amortisseurs, des démultiplicateurs et des actionneurs divers permettent de gérer de manière optimale l'énergie marine ainsi récupérée et de la transformer in fine en énergie électrique. La présente invention se caractérise ainsi par ; - une très grande fiabilité grâce à sa conception essentiellement mécanicienne ; - un coût exceptionnellement bas à la construction et à la maintenance; - une adaptation éventuelle aux caractéristiques (amplitude, fréquence) de la houle. Les flotteurs houlo-générateurs de la présente invention peuvent être amarrés en eau profonde près du rivage ou sur les aires protégées des champs d'éoliennes off-shore.

Description

DESCRIPTION De nombreux appareils récupérateurs de l' énergie de la houle et des vagues ont été conçus, fabriqués et mis en service. Rappelons les principales techniques utilisées: - soit les flotteurs montent et descendent, à l'intérieur de guides ou de tubes; - soit le mouvement oscillant de flotteurs actionne directement ou indirectement des générateurs La présente invention reprend cette dernière technique en transformant l'énergie marine récupérée en énergie cinétique, stockée dans des volants inertiels. Deux réalisations de la présente invention sont envisageables: - Une version de base dans laquelle l'envergure du flotteur est déterminée lors de la construction pour tenir compte de la fréquence de de la houle sur le site retenu. - Une version sophistiquée dans laquelle l'envergure de la coque a est adaptable aux changements éventuels de cette fréquence dans le temps. Mais dans ces deux versions, le système inertiel et les organes électromécaniques de régulation sont identiques, puisque la conception de la présente invention repose sur le mouvement relatif d'une coque oscillante par rapport à un arbre-moteur pratiquement immobile.
A / LE SYSTÈME INERTIEL: a L' arbre-moteur (10>: L'arbre-moteur (10) traverse la coque (20) dans sa largeur à la hauteur de l'axe de tangage du flotteur grâce à deux platines (25) étanches. Il est solidaire, en ses extrémités, d'un arceau (24) ancré au fond et de ce fait reste immobile malgré le tangage de la coque sous les effets de la houle et des vagues.
L'arbre-moteur (10)porte une double chaîne cinématique parfaitement symétrique : - un amortisseur (17); - un démultiplicateur de tangage ((19); - une roue à cliquet (16); - un volant inertiel (15); - un couple conique (11 & 12). b) L' amortisseur (17>: Pour pallier un choc brutal sur les organes mécaniques lors d'une vague soudaine de grande amplitude, un dispositif amortisseur (17) est intercalé entre l'arbre-moteur (10) et le démultiplicateur de tangage (19). Selon les variantes retenues lors de la construction, l'amortisseur (17) est, soit un simple ressort, soit un système de stockage (36) sophistiqué qui récupère l'énergie lors de la survenue d'une forte houle pour la restituer ensuite de manière programmée. c Le démultiplicateur de tangage (19): Un démultiplicateur de tangage (19) est intercalé entre l'amortisseur (17) et le volant inertiel (15) afin de démultiplier, dans le même temps, les angles du tangage , ce qui influe directement sur la vitesse angulaire des volants inertiels (15).
Le rapport de démultiplication est, soit fixé à la construction, soit ajustable sur commande de la côte ou par programmation si on adopte une version sophistiquée de la présente invention. d) La roue à cliquet (16) : Etant donné que les deux volants inertiels (15) doivent systématiquement tourner en sens inverse pour pallier tout effet gyroscopique , des roues à cliquet (16) sont intercalées entre les démultiplicateurs de 10 tangage (19) et les volants (15). Naturellement, elles sont montées en sens inverse sur l'arbre (10). e ) Le volant inertiel (15) : Les deux volants inertiels (15) , éléments clés de la chaîne cinématique, ont pour fonction première de stocker l'énergie marine récupérée par l'arbre-moteur (10) lors du tangage de la coque. Les caractéristiques physiques des volants inertiels (15) sont arrêtées à la construction ou ajustables 15 par déplacement radial de masses d'inertie symétriques (18) qui vont modifier leur moment cinétique. f) Les renvois d'angle (11 & 12) : Deux couples coniques s'engrènent à l'extrémité des deux chaînes cinématiques. Ce double renvoi d'angle solidarise ainsi les deux volants inertiels (15) en les contraignant à tourner en sens inverse et naturellement à la même vitesse angulaire. 20 Les gros pignons (11) ,solidaires des volants inertiels (15), sont engrenés sur deux petits pignons (12) , dont les axes (13) , d'une part s'insèrent dans une traverse (14) et d'autre part sont solidaires d' organes tels que des alternateurs (30) et/ou des capteurs (31) ,chargés de mesurer en temps réel la vitesse de rotation des volants (15) et donc l'énergie cinétique du système inertiel. Sur les axes (13) et en amont des alternateurs (30) sont installés des démultiplicateurs (39) dont la 25 fonction consiste à accroître la vitesse de rotation des générateurs. B / LA COQUE (20) : Dans les deux conceptions de la présente invention, la coque comprend trois compartiments étanches. Le compartiment central (29) contient tous les mécanismes et appareils du houlo-générateur. Un capot (22) amovible est prévu pour assurer la maintenance de ces différents organes. 30 II porte deux bras (27) auxquels sont fixés les deux compartiments actifs (28). Dans la version de base, ces deux bras ont une longueur fixe. Dans une version sophistiquée de de la présente invention, ces deux bras ont une longueur ajustable, via des mécanismes classiques, afin de donner à l'ensemble flottant une envergure adaptée à la fréquence instantanée de la houle sur le site d'implantation retenu. 35 - Les deux autres compartiments, devant et derrière le compartiment central, sont des flotteurs actifs (28) , dont la carène (23) assurent la flottabilité de l'appareil houlo-générateur. Leur profil doit leur permettre de réagir immédiatement à toute ondulation de la surface de manière à maximiser le tangage de l'ensemble flottant.
Ces compartiments actifs possèdent une quille (21) permettant à l'ensemble flottant de demeurer toujours perpendiculaire au front des ondes de la houle et des vagues C / LA REGULATION DE L'ENERGIE MARINE RECUPEREE : Selon des versions sophistiquées de la présente invention, des dispositifs adéquats autorisent une plus grande efficacité dans la récupération et la transformation de l'énergie marine.
Ces dispositifs classiques, plus ou moins complexes et qui ne sont pas décrits ici, comprennent un programmateur embarqué (33) , un radar (38) captant l'état de la mer (fréquence et amplitude de la houle) et une connectique (34) reliant l'appareil houlo-générateur au rivage, a 1 Régulation du stockane de l'énergie récupérée : Le stockage primaire de l'énergie marine récupérée s'effectue dans les volants (15) qui accumulent 15 de l'énergie cinétique et dont on peut moduler le moment d'inertie par le simple déplacement radial de masses d'inertie (18) en fonction des besoins. Une seconde forme de stockage est réalisée par des batteries (32). b }Régulation des démultiplicateurs (19) & (39) : On peut ainsi moduler le rapport du démultiplicateur de tangage (19) lorsque l'amplitude la houle 20 est ,soit trop faible, soit trop forte. De même , compte tenu de la vitesse angulaire des axes (13) et de la demande en énergie électrique, on peut agir sur le démultiplicateur (39) pour obtenir une vitesse angulaire optimale des alternateurs (30). c) Régulation de l'envergure de la coque : Dans la version sophistiquée de la présente invention, l'envergure totale du flotteur houlo-générateur 25 est adaptable aux caractéristiques changeantes de la houle (fréquence) Des dispositifs électromécaniques classiques agissent directement sur la longueur des bras (27) qui portent les flotteurs actifs (28). d ) Régulation de l'énergie potentielle des amortisseurs (17): Si les amortisseurs (17) sont équipés pou stocker provisoirement l'énergie potentielle qu'ils récupèrent 30 lors du tangage, ils la délivrent aux démultiplicateurs (19) suivant les instructions du programmateur (33) connecté au capteur(31) et éventuellement à un radar (38), selon des séquences d'intensité et de durées déterminées pour optimiser l'énergie cinétique des volants inertiels (15).

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1 - Dispositif permettant de récupérer l'énergie de la houle et des vagues, caractérisé par le fait que les oscillations de la coque (20) autour d'un arbre moteur (10) immobile entraine la rotation de deux volants inertiels (15) qui tournent en sens inverse autour de l'arbre (10) et obligatoirement à la même vitesse angulaire. Les deux volants inertiels (15) emmagasinent ainsi progressivement de l'énergie sous forme cinétique, laquelle sera transformée en énergie électrique via des alternateurs (30).
  2. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la coque (20) se compose de trois compartiments étanches , un central (29) encadré par deux flotteurs actifs (28) , lesquels assurent le tangage de l'ensemble flottant. Ces compartiments sont portés par deux bras (27) , dont la longueur est, soit fixe, soit ajustable pour optimiser le tangage en cas de de changement de fréquence de la houle sur le site d'implantation retenu. Ces trois compartiments possèdent une quille (21) permettant à l'ensemble flotteur de conserver la même direction face au front de la houle.
  3. 3- Dispositif selon les revendications 1 , & 2, caractérisé par le fait que le compartiment central (29) est un simple conteneur renfermant tous les organes mécaniques et électromécaniques du flotteur houlo-générateur. Il est coiffé par un capot amovible (22) permettant la maintenance de l'appareil. Les deux flotteurs actifs (28) ont une carène (23) qui assure la flottabilité de l'ensemble et une section 20 qui leur permet de réagir immédiatement à l'arrivée des ondulations de la houle.
  4. 4- Dispositif selon les revendications 1 , 2 & 3, caractérisé par le fait que l'arbre (10), traversant le compartiment central (29) à travers deux platines étanches (25), est solidaire d'un arceau (24) ancré au fond, ce qui lui donne un rôle de référentiel fixe relativement au tangage de la coque (20). 25 L'arbre (10) porte une double chaîne cinématique strictement symétrique dont il est le moteur.
  5. 5 - Dispositif selon les revendications 1 ,3 & 4, caractérisé par le fait que le premier élément de la chaîne cinématique est un amortisseur (17) qui absorbe un brutal tangage de la coque et en restitue l'énergie potentielle à un démultiplicateur de tangage (19), second élément de la chaîne cinématique. 30 Ce transfert d'énergie est soit automatique, soit programmé si l'amortisseur est équipé d'un système de stockage provisoire (36) de l'énergie récupérée.
  6. 6 - Dispositif selon les revendications 1 , & 5, caractérisé par le fait que le démultiplicateur de tangage (19) est solidaire du volant inertiel (15), lequel est équipé d'une roue à cliquet (16) le contraignant à ne tourner que dans un seul sens. Les deux volants inertiels (15) sont reliés par deux couples coniques (12 & 12) qui les contraignent à à tourner en sens inverse et à la même vitesse angulaire, ce qui élimine tout effet gyroscopique.
  7. 7 - Dispositif selon les revendications 1 , 5 & 6, Les deux chaînes cinématiques symétriques sont solidarisées entre elles par les deux couples coniques. Les gros pignons (11) sont solidaires des volants (15). Les axes ((3) des petits pignons (12) sont in fine les vecteurs de l'énergie cinétique globale du flotteur houlo-générateur. Ils sont en effet branchés soit sur des alternateurs (30) par le biais de démultiplicateurs de vitesse (39) soit sur des capteurs divers (31) qui mesurent en temps réel l'énergie cinétique du système.
  8. 8 - Dispositif selon les revendications 1 & 2, caractérisé par le fait que dans une version sophistiquée de la présente invention, un programmateur (33) et/ou des commandes venant d'un poste à terre via la connectique (34) , associés à un radar (38) analysant en temps réel l'état de la mer, agissent sur des actionneurs classiques afin : - d'accroître les angles de tangage de l'ensemble flottant; - de transformer au mieux l'énergie cinétique du système en énergie électrique et de répartir cette dernière selon les besoins.
  9. 9 - Dispositif selon les revendications 1, 2 & 8, caractérisé par le fait que dans la version sophistiquée de la présente invention, des dispositifs classiques électromécaniques permettent : - d'accroître les angles de tangage du flotteur via le démultiplicateur de tangage (19); - de modifier l'envergure totale du flotteur par un positionnement adéquat des centres de poussée des flotteurs actifs (28) par rapport à l'axe de tangage de la coque (20) via un ajustement de la longueur des bras (27). - Dispositif selon les revendications 1, 5, 6 & 8, caractérisé par le fait que dans la version sophistiquée de la présente invention, des dispositifs classiques électromécaniques permettent une gestion optimale de l'énergie cinétique du système en : - modulant le moment cinétique des volants (15) par positionnement adéquat des masses d'inertie (18). - faisant tourner l'alternateur (30) au régime souhaité via le démultiplicateur (39); - répartissant selon besoin le courant produit entre les batteries (32) et la ligne reliant le flotteur au rivage.
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