FR2997135A1

FR2997135A1 - Hydrolienne flottante

Info

Publication number: FR2997135A1
Application number: FR1260106A
Authority: FR
Inventors: Remi Laval-Jeantet
Original assignee: TIDALYS
Current assignee: TIDALYS
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2014-04-25
Anticipated expiration: 2032-10-24
Also published as: JP2015533992A; US20150292473A1; FR2997135B1; PH12015500888A1; WO2014064067A1; CN104884786A; IN2015DN03289A; ZA201503274B; CA2889099A1; EP2912304A1; BR112015009000A2; KR20150088797A

Abstract

L'invention concerne une hydrolienne flottante (100) comprenant : - des moyens de flottaison (102), - un local technique (104) reposant sur les moyens de flottaison (102) au-dessus de l'eau et dans lequel est disposée une génératrice électrique, - un mât (106) plongeant dans l'eau sous le local technique (104), - une hélice (108) montée rotative à la base du mât (106) autour d'un axe de rotation horizontal, - des moyens de transfert qui permettent de transmettre le mouvement de rotation de l'hélice (108) à la génératrice électrique, et - un système de manœuvre qui est prévu pour monter ou descendre le mât (106) le long d'un axe vertical par rapport au local technique (104).

Description

La présente invention concerne une hydrolienne flottante. Il existe de nombreuses hydroliennes flottantes, mais aucune ne donne entière satisfaction que ce soit en termes de stabilité ou de maintenance. Un objet de la présente invention est de proposer une hydrolienne flottante qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur et qui en particulier est stable et dont la maintenance des différents éléments est facilitée. A cet effet, est proposée une hydrolienne flottante comprenant : - des moyens de flottaison, - un local technique reposant sur les moyens de flottaison au-dessus de l'eau et dans lequel est disposée une génératrice électrique, - un mât plongeant dans l'eau sous le local technique, - une hélice montée rotative à la base du mât autour d'un axe de rotation horizontal, - des moyens de transfert qui permettent de transmettre le mouvement de rotation de l'hélice à la génératrice électrique, et - un système de manoeuvre qui est prévu pour monter ou descendre le mât le long d'un axe vertical par rapport au local technique. Avantageusement, le local technique présente un plancher et un plafond et le plancher et le plafond présentent chacun un trou que le mât traverse.

Avantageusement, les moyens de flottaison comportent: - au moins deux flotteurs, et - une structure de liaison destinée à relier les flotteurs entre eux et à supporter le local technique. Avantageusement, la structure de liaison comporte: - un premier ensemble de trois poutres, chacune prenant une position sensiblement horizontale et reliant les flotteurs deux à deux et sur lequel repose ledit plancher, et - un deuxième ensemble de quatre poutres, chacune étant fixée entre l'un des flotteurs et ledit plafond.

Avantageusement, l'hydrolienne flottante comporte au moins une clavette, le mât présente, pour la ou chaque clavette, un orifice le traversant et dans lequel s'insère ladite clavette, et lorsque le mât est en position basse, ledit orifice se trouve au ras du plancher. Avantageusement, l'axe de rotation de la génératrice électrique est vertical.

Avantageusement, la génératrice électrique est disposée juste à l'arrière du bord de fuite du mât. Avantageusement, le système de manoeuvre comporte un réservoir disposé dans le mât présentant, en partie basse, une première vanne reliant l'intérieur dudit réservoir avec l'extérieur, et, en partie haute, une deuxième vanne reliant l'intérieur dudit réservoir avec l'extérieur, chacune pouvant être commandée indépendamment en ouverture et en fermeture, un générateur d'air comprimé disposé dans le local technique, et une canalisation reliant le générateur d'air comprimé au réservoir. Avantageusement, l'hélice est une hélice contrarotative qui comprend deux hélices placées l'une derrière l'autre dans l'axe, et tournant en sens contraire. Avantageusement, la distance entre les centres des deux hélices est inférieure à 10% du diamètre des hélices. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : la Fig. 1 montre une hydrolienne flottante selon l'invention, la Fig. 2 monte une vue de dessus de l'hydrolienne flottante de la Fig. 1, la Fig. 3 montre l'intérieur du local technique de l'hydrolienne flottante, et la Fig. 4 montre un schéma représentant un système de manoeuvre de l'hydrolienne flottante de la Fig. 1. Dans la description qui suit, les termes relatifs à une position sont pris en référence à une hydrolienne flottante en position d'exploitation, c'est-à-dire comme elle est représentée sur la Fig. 1.

La Fig. 1 et la Fig. 2 montrent une hydrolienne flottante 100 qui comporte: - des moyens de flottaison 102, - un local technique 104 reposant sur les moyens de flottaison 102 au-dessus de l'eau (10, Fig. 4), - un mât 106 plongeant dans l'eau sous le local technique 104, et - une hélice 108 montée rotative à la base du mât 106 autour d'un axe de rotation horizontal. La Fig. 3 montre l'intérieur du local technique 104.

Le local technique 104 porte les différents éléments techniques électriques comme la génératrice électrique 302, des armoires électriques 304, le tableau de commande,... L'hydrolienne flottante 100 comporte également un système de manoeuvre qui est prévu pour monter ou descendre le mât 106 le long d'un axe vertical par rapport au local technique 104. La montée du mât 106 permet de sortir l'hélice 108 de l'eau afin d'exécuter la maintenance de l'hélice 108 et des moyens assurant sa rotation. En position basse du mât 106, l'hélice 108 est dans la position de fonctionnement et plonge dans l'eau. En position haute du mât 106, l'hélice 108 est dans la position de non-fonctionnement et est hors de l'eau. L'hydrolienne flottante 100 comporte également des moyens de transfert qui permettent de transmettre le mouvement de rotation de l'hélice 108 à la génératrice électrique 302. Une telle hydrolienne flottante 100 est stable sur l'eau et la mise en place des éléments techniques électriques dans le local technique au sec évite de prévoir des moyens d'étanchéisation particuliers. Le mât 106 présente un profil approprié, par exemple du type NACA, qui s'étend le long d'un axe central vertical et dont le bord d'attaque est orienté vers le flux incident, c'est à dire vers l'avant de l'hydrolienne flottante 100, et dont le bord de fuite est orienté vers l'arrière de l'hydrolienne flottante 100. Dans le mode de réalisation de l'invention présenté sur les Figs. 1 et 2, les moyens de flottaison 102 présentent un flotteur avant 110a, deux flotteurs arrière 110b-c et une structure de liaison 112 destinée à relier les flotteurs 110a-c entre eux et à supporter le local technique 104.

L'hydrolienne flottante 100 est maintenue sur sa zone d'implantation grâce à un câble 114 fixé, d'une part, au flotteur avant 110a et, d'autre part, au fond de l'eau. Le flotteur avant 110a est disposé à l'avant du local technique 104, et les flotteurs arrière 110b-c sont disposés à l'arrière du local technique 104, l'un étant à bâbord et l'autre à tribord de celui-ci.

Chaque flotteur 110a-c présente une forme allongée qui est appropriée pour assurer l'orientation de l'hydrolienne flottante 100 par rapport aux courants marins. Chaque flotteur 110a-c présente une étrave pointue pour transpercer les vagues incidentes, mais avec un remplissage de volume élevé pour amortir le tangage.

Chaque flotteur 110a-c présente un profil en U assez large et avec un nez pointu et une poupe se terminant également en pointe fine pour provoquer le minimum d'excitation en tangage par la pression des vagues passantes sur la poupe. Le local technique 104 comprend un plancher 116, un toit 118 et des parois latérales qui ne sont pas représentées pour des raisons de clarté des Figs. La structure de liaison 112 est constituée ici d'un assemblage d'un premier ensemble de trois poutres 120a-c et d'un deuxième ensemble de quatre poutres 122a-d. Chaque poutre 120a-c du premier ensemble prend une position sensiblement horizontale et relie les flotteurs 110a-c deux à deux. Les poutres 120a-c du premier ensemble forment un triangle isocèle et la poutre 120a reliant les deux flotteurs arrière 110b-c constitue la base de ce triangle. Chacune des deux autres poutres 120b-c relie le flotteur avant 110a à l'un des flotteurs arrière 110b-c. Le local technique 104 repose sur les poutres 120a-c du premier ensemble par l'intermédiaire de son plancher 116.

Les poutres 122a-d du deuxième ensemble sont fixées entre les flotteurs 110a-c et le plafond 118 du local technique 104. Dans le mode de réalisation de l'invention présenté sur les Figs., pour chaque flotteur arrière 110b-c, une poutre 122b-c du deuxième ensemble est fixée entre ledit flotteur arrière 110b-c et le plafond 118, et pour le flotteur avant 110a, deux poutres 122a et 122d du deuxième ensemble sont fixées entre le flotteur avant 110a et le plafond 118. Une telle structure est simple et rigide. Dans le mode de réalisation de l'invention présenté ici, la structure de liaison 112 est réalisée en tubes du type IPN et en tôles d'aluminium. La structure de liaison 112 pourrait être réalisée dans d'autres matériaux comme par exemple en matériaux composites qui pourraient par exemple être moulés. Le plancher 116 et le plafond 118 présentent chacun un trou et le mât 106 traverse chacun de ces trous. Chaque trou présente un profil tel que le mât 106 peut s'y déplacer librement verticalement et qui empêche les débattements angulaires du mât 106 autour de l'axe central.

La prise du mât 106 dans le plafond 118 et le plancher 116 assurent une bonne rigidité du mât 106 par rapport à l'action des courants marins. La génératrice électrique 302 est implantée dans le local technique 104 de manière à présenter son axe de rotation verticalement.

L'orientation verticale de l'axe de rotation de la génératrice électrique 302 et l'orientation horizontale de l'axe de rotation de l'hélice 108 permettent d'assurer la stabilité de l'hydrolienne flottante 100. En effet, cette double orientation crée un système gyroscopique qui assure une meilleure stabilité.

Les moyens de transfert sont disposés en partie à l'intérieur du mât 106 et en partie à l'extérieur du mât 106. Les moyens de transfert comportent par exemple: - une poulie dentée 308 fixée à l'arbre de la génératrice électrique 302 ici au-dessus du plafond 118, - un pignon denté 306 placé au sommet du mât 106 dont l'axe de rotation est vertical et dont le diamètre est supérieur à celui de la poulie dentée 308 et qui est également ici au-dessus du plafond 118, - une barre de transmission horizontale en liaison avec l'hélice 108, - une barre de transmission verticale en liaison avec le pignon denté 306, - deux engrenages coniques qui engrènent l'un avec l'autre et qui sont solidaires de la barre de transmission horizontale pour l'un et de la barre de transmission verticale pour l'autre, et - une courroie crantée 310 assurant la liaison entre le pignon denté 306 et la poulie dentée 308.

L'énergie électrique créée par la génératrice électrique 302 est alors soit stockée dans des batteries à bord de hydrolienne flottante 100, soit transférée à terre à travers un conducteur électrique. Pour assurer une meilleure répartition des charges, la génératrice électrique 302 est disposée juste à l'arrière du bord de fuite du mât 106.

De la même manière, le local technique 104 comporte deux armoires électriques 304, l'une étant disposée à bâbord du mât 106 et l'autre étant disposée à tribord du mât 106. En outre, le plafond 118 et le plancher 116 sont de forme circulaire et les parois latérales prennent alors la forme d'un cylindre dont l'axe coïncide sensiblement avec l'axe central du mât 106 et le centre de gravité du triangle isocèle. La Fig. 4 montre un schéma d'un système de manoeuvre 400 qui permet de faire monter ou descendre le mât 106 parallèlement à son axe central. Le système de manoeuvre 400 comporte un réservoir 402 disposé sous l'enveloppe du mât 106 et en partie basse de celui-ci, un générateur d'air comprimé 404 disposé dans le local technique 104, une canalisation 406 reliant le générateur d'air comprimé 404 au réservoir 402. Le réservoir 402 présente également, en partie basse, une première vanne 408 reliant l'intérieur dudit réservoir 402 avec l'extérieur, en particulier, l'eau, et, en partie haute, une deuxième vanne 410 reliant l'intérieur dudit réservoir 402 avec l'extérieur. Chaque vanne 408, 410 peut être commandée à distance indépendamment en ouverture et en fermeture. Le fonctionnement du système de manoeuvre 400 est alors le suivant, à partir de la position en plongée du mât 106, lorsque le réservoir 402 est rempli d'eau et où les deux valves 408 et 410 sont fermées. Lorsque le mât 106 doit être remonté, la première valve 408 est ouverte et la deuxième valve 410 reste fermée. Le générateur d'air comprimé 404 envoie de l'air du réservoir 402 à travers la canalisation 406 de manière à chasser l'eau du réservoir 402 par la première valve 408. Le mât 106 remonte alors sous l'effet de la pression d'Archimède. Lorsque le mât 106 a atteint sa position haute, la première valve 408 est fermée pour retenir l'air à l'intérieur du réservoir 402. Lorsque le mât 106 doit être abaissé, la première valve 408 et la deuxième valve 410 sont ouvertes. L'air est alors chassé par la deuxième valve 410 du fait de l'entrée de l'eau par la première valve 408. Le mât 106 replonge alors dans l'eau. Lorsque le mât 106 a atteint sa position basse, la première valve 408 et la deuxième valve 410 sont fermées. Le guidage du mât 106 lors de ses déplacements est assuré en particulier par les trous qu'il traverse dans le plancher 116 et le plafond 118.

Pour assurer un meilleur blocage du mât 106, l'hydrolienne 100 présente des moyens de verrouillage qui permettent de verrouiller la position du mât 106 lorsque celui-ci est en position basse, et éventuellement de verrouiller la position du mât 106 lorsque celui-ci est en position haute. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les moyens de verrouillage prennent la forme d'au moins une clavette 312 qui traverse le mât 106 à travers un orifice que celui-ci présente à cet effet. En position basse, l'orifice se trouve au ras du plancher 116 et plus particulièrement en arrière de la barre de transmission verticale. La ou chaque clavette 312 repose ainsi sur le plancher 116 et est éventuellement montée sur des roulements à billes.

En position haute, pour la ou chaque clavette 312, un autre orifice traversant le mât 106 peut être prévu. En position haute, cet autre orifice se retrouve également au ras du plancher 116 pour permettre la mise en place de la clavette 312 correspondante. Bien sûr, il est possible de prévoir la mise en place de plusieurs réservoirs 402, chacun présentant une première valve 408 et une deuxième valve 410 et une canalisation 406 le reliant au générateur d'air comprimé 404. Pour permettre le déplacement du mât 106, au moins une partie des moyens de transfert est amovible. Dans le mode de réalisation de l'invention présenté ici, c'est la courroie crantée 310 qui est retirée préalablement.

Pour un meilleure rendement, l'hélice 108 est ici une hélice contrarotative qui comprend deux hélices placées l'une derrière l'autre dans l'axe, et tournant en sens contraire. Pour profiter pleinement de l'effet d'amplification de puissance, la distance entre les centres des deux hélices est inférieure à 10% du diamètre des hélices.

Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. Par exemple, les moyens de flottaison 102 peuvent présenter quatre flotteurs répartis par paires à l'avant et à l'arrière du local technique 104 et à bâbord et à tribord du local technique 104. En particulier, les moyens de flottaison 102 présentent deux flotteurs à l'avant et deux flotteurs à l'arrière, les deux flotteurs à l'avant étant de dimensions supérieures aux deux flotteurs à l'arrière. Les moyens de flottaison 102 peuvent présenter deux flotteurs, l'un disposé à bâbord et l'autre à tribord du local technique 104.

Les moyens de flottaison 102 peuvent présenter deux flotteurs à l'avant et un flotteur à l'arrière. D'une manière générale, les moyens de flottaison 102 présentent au moins deux flotteurs.

Claims

REVENDICATIONS1) Hydrolienne flottante (100) comprenant : - des moyens de flottaison (102), - un local technique (104) reposant sur les moyens de flottaison (102) au-dessus de l'eau et dans lequel est disposée une génératrice électrique (302), - un mât (106) plongeant dans l'eau sous le local technique (104), - une hélice (108) montée rotative à la base du mât (106) autour d'un axe de rotation horizontal, - des moyens de transfert qui permettent de transmettre le mouvement de rotation de l'hélice (108) à la génératrice électrique (302), et - un système de manoeuvre (400) qui est prévu pour monter ou descendre le mât (106) le long d'un axe vertical par rapport au local technique (104).
2) Hydrolienne flottante (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le local technique (104) présente un plancher (116) et un plafond (118) et en ce que le plancher (116) et le plafond (118) présentent chacun un trou que le mât (106) traverse.
3) Hydrolienne flottante (100) selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de flottaison (102) comportent: - au moins deux flotteurs (110a-c), et - une structure de liaison (112) destinée à relier les flotteurs (110a-c) entre eux et à supporter le local technique (104).
4) Hydrolienne flottante (100) selon la revendication 3, caractérisée en ce que la structure de liaison (112) comporte: - un premier ensemble de trois poutres (120a-c), chacune prenant une position sensiblement horizontale et reliant les flotteurs (110a-c) deux à deux et sur lequel repose ledit plancher (116), et - un deuxième ensemble de quatre poutres (122a-d), chacune étant fixée entre l'un des flotteurs (110a-c) et ledit plafond (118).
5) Hydrolienne flottante (100) selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une clavette (312), en ce que le mât (106) présente,pour la ou chaque clavette (312), un orifice le traversant et dans lequel s'insère ladite clavette (312), et en ce que lorsque le mât (116) est en position basse, ledit orifice se trouve au ras du plancher (116).
6) Hydrolienne flottante (100) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'axe de rotation de la génératrice électrique (302) est vertical.
7) Hydrolienne flottante (100) selon la revendication 6, caractérisée en ce que la génératrice électrique (302) est disposée juste à l'arrière du bord de fuite du mât (106).
8) Hydrolienne flottante (100) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le système de manoeuvre (400) comporte un réservoir (402) disposé dans le mât (106) présentant, en partie basse, une première vanne (408) reliant l'intérieur dudit réservoir (402) avec l'extérieur, et, en partie haute, une deuxième vanne (410) reliant l'intérieur dudit réservoir (402) avec l'extérieur, chacune pouvant être commandée indépendamment en ouverture et en fermeture, un générateur d'air comprimé (404) disposé dans le local technique (104), et une canalisation (406) reliant le générateur d'air comprimé (404) au réservoir (402).
9) Hydrolienne flottante (100) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'hélice (108) est une hélice contrarotative qui comprend deux hélices placées l'une derrière l'autre dans l'axe, et tournant en sens contraire.
10) Hydrolienne flottante (100) selon la revendication 9, caractérisée en ce que la distance entre les centres des deux hélices est inférieure à 10% du diamètre des hélices.