FR2997459A1 - Systeme hydrolien constitue par une turbine et une structure porteuse, la turbine presentant une prise electrique destinee a etre couplee a un connecteur de la structure porteuse - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système hydrolien constitué par une turbine (1) comprenant un corps (11) portant un rotor (10) et par une structure porteuse (2) incluant des moyens de liaison au sol (21) et destinée à supporter la turbine (1) en immersion, dans lequel la turbine (1) est destinée à être reliée à un collecteur par un câble électrique (3), caractérisé en ce que la turbine (1) présente une sortie ventrale (120) formant passage pour le câble électrique (3), le câble électrique étant pourvu d'une prise (30), et en ce que la structure porteuse (2) comprend un connecteur (4) présenté de façon à être dirigé vers le corps de la turbine en vue d'être relié à la prise (30) du câble électrique de la turbine.

Description

Système hydrolien constitué par une turbine et une structure porteuse, la turbine présentant une prise électrique destinée à être couplée à un connecteur de la structure porteuse. Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la 5 fabrication des systèmes hydroliens. Plus précisément, l'invention concerne une technique de raccordement électrique d'une turbine montée sur une structure porteuse. Selon le principe de l'énergie hydrolien, le courant des marées exerce une force sur les pales des turbines de façon à entrainer en 10 rotation le rotor de celles-ci. Les turbines tournent donc plus ou moins vite en fonction du courant de la marée et/ou des courants sous-marins. Cette rotation entraine un alternateur apte à produire un courant électrique variable, classiquement redressé par un convertisseur offshore, puis relayé vers un réseau par un câble principal. 15 Selon certaines configurations de parc hydrolien, les turbines sont installées à ± 50 m de profondeur et reposent chacune sur une structure porteuse. Par ailleurs, la turbine est destinée à être reliée électriquement à un collecteur, généralement prévu pour redresser le courant produit par 20 les hydroliennes, en vue de transporter l'énergie produite à un poste de livraison, lui-même prévu pour transférer l'énergie au réseau de distribution de l'électricité. Pour ce faire, selon une conception traditionnelle, le corps de la turbine présente un trou d'homme en sa partie arrière, au travers duquel 25 s'étend le câble reliant le générateur de la turbine au collecteur. La turbine étant portée à quelques mètres au-dessus du fond marin (généralement une dizaine de mètres), le câble sort du corps de la turbine et pend jusqu'à venir reposer sur le fond marin sur lequel il s'étend jusqu'au collecteur. 30 Or, à de telles profondeurs, il est classique de rencontrer des courants marins relativement forts, pouvant atteindre 3 à 5 m/s.

Il en résulte que le câble, entre la sortie de la turbine et le fond marin, est amené à être fortement balloté, au risque qu'il percute des éléments du système hydrolien, ce qui peut engendrer des dégradations du câble lui-même et/ou de la turbine et/ou de la structure porteuse.

Bien entendu, si de telles dégradations sont déplorées, des opérations de maintenance peuvent être nécessaires et s'avèrent alors délicates et coûteuses aux profondeurs auxquelles les systèmes hydroliens sont installés. En outre, l'installation d'un système hydrolien implique 10 classiquement d'opérer successivement à: - l'installation de la structure porteuse sur le fond marin ; - la mise en place, à ± 50 m de profondeur, de la turbine sur la structure porteuse. Généralement, la structure porteuse présente un berceau ou une 15 forme en tabouret sur lequel ou laquelle la turbine est amenée à être positionnée. La descente et le positionnement de la turbine s'avèrent en pratique être des opérations relativement compliquées, voire périlleuses, en raison des contraintes liées aux paramètres suivants et, a fortiori, à la 20 combinaison des paramètres suivants : profondeur d'installation ; poids de la turbine, qui atteint couramment plusieurs dizaines de tonnes ; courants marins qui atteignent des vitesses de 3 à 5 m/s 25 aux profondeurs d'installation mentionnées précédemment. Les moyens à mettre en oeuvre pour installer les turbines sont donc complexes, lourds et coûteux. Quoiqu'il en soit, les temps d'installation sont très longs. L'invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients 30 de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer un système hydrolien comprenant une turbine et une structure porteuse de la turbine, qui limite les interventions de maintenance consécutives à des dégradations du système du fait des éventuels chocs provoqués par les câbles de la turbine ballotés par les courants marins. L'invention a aussi pour objectif de fournir un tel système hydrolien 5 qui permette de faciliter les opérations d'installation de la turbine sur la structure porteuse. En ce sens, l'invention a également pour objectif de réduire les temps d'installation de la turbine sur la structure porteuse. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaitront par la suite, sont 10 atteints grâce à l'invention qui a pour objet un système hydrolien constitué par une turbine comprenant un corps portant un rotor et par une structure porteuse incluant des moyens de liaison au sol et destinée à supporter la turbine en immersion, dans lequel la turbine est destinée à être reliée à un collecteur par un câble électrique, caractérisé en ce que 15 la turbine présente une sortie ventrale formant passage pour le câble électrique, le câble électrique étant pourvu d'une prise, et en ce que la structure porteuse comprend un connecteur présenté de façon à être dirigé vers le corps de la turbine en vue d'être relié à la prise du câble électrique de la turbine. 20 Ainsi, l'invention permet de faciliter le raccordement électrique de la turbine au collecteur par l'intermédiaire de la structure porteuse. Préférentiellement, le connecteur est intégré à une colonne cylindrique. Ainsi, la colonne cylindrique constitue en quelque sorte un 25 fourreau dans lequel le câble électrique peut s'étendre jusqu'au niveau du sol, en étant ainsi protégé de l'effet des courants marins. En d'autres termes, avec un tel agencement, le câble n'est plus balloté par les courants marins comme c'est le cas avec les solutions de l'art antérieur. 30 Selon une solution avantageuse, le système comprend des moyens de guidage l'un vers l'autre de la prise et du connecteur.

De cette façon, un système hydrolien facilite l'installation de la turbine sur la structure porteuse et permet de diminuer les temps d'intervention correspondants. Selon un mode de réalisation préférentiel, la structure porteuse présente au moins élément ascendant formant un premier organe d'emboîtement incluant le connecteur, et en ce que le corps de la turbine présente au moins un élément descendant formant un deuxième organe d'emboîtement incluant ladite prise et étant complémentaire du premier organe d'emboîtement en vue de coopérer avec celui-ci.

Dans ce cas, la turbine et la structure porteuse incluent avantageusement des moyens de guidage de l'élément descendant et de l'élément ascendant l'un vers l'autre. Une telle caractéristique contribue également à faciliter l'installation de la turbine sur la structure porteuse et à diminuer les 15 temps d'intervention correspondants En effet, non seulement le système selon l'invention ne se contente pas de faire reposer la turbine sur une partie de l'élément support comme c'est le cas avec l'art antérieur, ceci par la mise en oeuvre d'une liaison par emboitement, mais il contribue de lui-même au 20 positionnement de la turbine par rapport à la structure porteuse, grâce aux moyens de guidage. Comme cela va apparaître plus clairement par la suite, ces moyens de guidage se déclinent en deux types de moyens complémentaires, à savoir : 25 des moyens de guidage en phase d'approche de la turbine par rapport à la structure porteuse ; des moyens de guidage final au moment de l'emboitement de la turbine avec la structure porteuse. Il apparait donc clairement qu'un système hydrolien ainsi conçu 30 contribue grandement à fournir une assistance à la mise en place la turbine sur sa structure porteuse.

Selon un mode de réalisation avantageux, l'élément ascendant de la structure porteuse prend la forme d'une colonne cylindrique. Une colonne cylindrique s'avère en effet optimisée quant à la forme des surfaces exposées aux courants marins.

Dans ce cas, l'élément ascendant présente une concavité tronconique délimitée par des moyens de centrage constituant le deuxième organe d'emboitement, l'élément descendant comprenant une partie mâle tronconique destinée à coopérer avec les moyens de centrage.

Bien entendu, d'autres formes des organes complémentaires destinés à s'emboiter pourront être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. A titre d'exemple, il est également concevable que la partie mâle soit portée par l'élément ascendant tandis que l'élément femelle est alors présenté par la turbine.

En tout état de cause, de tels moyens de guidage interviennent dans la phase finale de guidage de l'élément ascendant avec l'élément descendant, c'est-à-dire juste avant l'emboitement et pendant l'emboitement. Selon un mode de réalisation préférentiel, la structure porteuse 20 comprend un châssis couplé aux moyens de liaison au sol, le châssis comprenant au moins deux montants entre lesquels s'étend l'élément ascendant, le corps de la turbine portant des moyens de guidage destinés à coopérer avec au moins l'un desdits montants pour positionner ledit élément descendant à l'aplomb dudit élément ascendant. 25 Comme cela va être expliqué plus en détails par la suite, de tels moyens de guidage interviennent dans une phase d'approche de la turbine par rapport à la structure porteuse, c'est-à-dire en préalable des moyens de guidage cités précédemment. Dans ce cas, selon un mode de réalisation particulier, les moyens 30 de guidage comprennent deux barres s'étendant à partir du corps de la turbine selon des directions convergentes.

Selon une autre caractéristique, le corps de la turbine porte, de chaque côté du corps, un bras transversal destiné chacun à venir en butée orthogonalement contre un des montants. On note que la combinaison des moyens de guidage qui viennent 5 d'être décrits, intervenant dans la phase d'approche, tendent à assister le positionnement de la turbine dans deux directions perpendiculaires par rapport à l'élément ascendant de la structure porteuse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de 10 réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : - les figures 1 à 3 sont des représentations schématiques d'un système hydrolien selon l'invention, illustrant des étapes successives du raccordement électrique de la 15 turbine avec la structure porteuse ; les figures 4 et 5 sont des vues partielles d'un système hydrolien selon l'invention, illustrant schématiquement les éléments descendant et ascendant du système ; les figures 6 et 7 sont des représentations schématiques 20 d'un système hydrolien selon l'invention, illustrant deux phases successives de guidage en approche de la turbine par rapport à la structure porteuse. En référence aux figures 1 à 3, un système hydrolien selon l'invention comprend : 25 d'une part, une turbine 1, comprenant un corps 11 portant un rotor 10, et ; d'autre part, une structure porteuse 2, incluant des moyens de liaison au sol, et étant destiné à supporter la turbine 1 en immersion. 30 Tel que cela apparait clairement sur les figures 6 et 7, la structure porteuse 1 est du type tripode et comprend un châssis 20 dont la base est de forme générale triangulaire, présentant à chacun de ses sommets des moyens de liaison au sol 21. Ces moyens de liaisons au sol peuvent être métalliques ou en béton, avec ou sans moyens d'encrage sur le fond marin.

Par ailleurs, la turbine est destinée à être reliée électriquement à un collecteur (non représenté) par un câble électrique 3. Selon le principe de l'invention, il est prévu de faire passer le câble électrique 3 par une sortie ventrale 120 de la turbine, cette sortie ventrale tant en l'occurrence constituée par une partie mâle tronconique.

Le câble 3 s'étend dans la partie mâle tronconique jusqu'à une prise 30 présentée en sortie de la partie mâle tronconique. La structure porteuse comprend quant à elle un connecteur 4 présenté de façon à être dirigé vers le corps de la turbine en vue d'être relié à la prise du câble électrique de la turbine.

La prise 30 et le connecteur 4 sont tous deux conçus de telle sorte qu'ils présentent l'aptitude à s'enclencher et à être raccordés électriquement par simple engagement mécanique. A ce titre, la prise 3 est maintenue rigidement dans la partie mâle tronconique et le connecteur 4 est maintenu rigidement dans la colonne 20 cylindrique. Selon le présent mode de réalisation, le connecteur 4 est intégré à une colonne cylindrique 22, constituant un élément ascendant de la structure porteuse. Comme cela apparait sur les figures 1 à 3, un câble électrique de 25 liaison 40 s'étend à partir du connecteur 4, à l'intérieur de la colonne cylindrique 22 jusqu'à une sortie 221 à la base de la colonne cylindrique, cette sortie étant prévue au voisinage du fond marin. Le câble sort donc de la colonne cylindrique pour venir reposer directement sur le fond marin. 30 On note que la colonne cylindrique s'étend à l'intérieur du périmètre défini par les moyens de liaison 21, et préférentiellement positionné de façon équidistante de chacun des moyens de liaison 21.

La turbine 1 présente quant à elle, sous la partie ventrale 110 du corps 11 de la turbine, un élément descendant 12 creux, s'étendant à partir de la sortie ventrale 120 et communiquant avec cette dernière. Selon une caractéristique de l'invention, la colonne cylindrique 22 de la structure porteuse présente à son extrémité supérieure, ou au voisinage de celle-ci, un premier organe d'emboitement et l'élément descendant de la turbine forme un deuxième organe d'emboitement complémentaire du premier organe d'emboitement en vue de coopérer avec celui-ci.

En outre, la turbine et la structure porteuse incluent des moyens de guidage de l'élément descendant et de l'élément ascendant l'un vers l'autre. Tel qu'illustré par les figures 1 à 5, la colonne cylindrique présente au voisinage de son extrémité supérieure des moyens de centrage 220, à 15 l'intérieur de la colonne, délimitant une concavité tronconique 221. L'élément descendant 12 de la turbine comprend quant à lui une partie mâle tronconique (constituant la sortie ventrale 120 tel qu'indiqué précédemment), destinée à coopérer avec la cavité tronconique 221 à l'intérieur de la colonne cylindrique.

20 Par ailleurs, la partie mâle tronconique de la turbine est surmontée par un berceau 13 s'étendant à partir du corps 11 de la turbine. A la jonction entre le berceau et la partie tronconique mâle, le berceau présente un épaulement annulaire 130, destiné à venir reposer contre le rebord d'extrémité 222 correspondant de l'élément ascendant.

25 On note que les diamètres intérieurs et extérieurs de l'épaulement annulaire 130 d'une part, et du rebord d'extrémité supérieur de la colonne d'autre part, sont sensiblement identiques de façon à former des surfaces complémentaires l'une de l'autre. Par ailleurs, le berceau 13 présente deux parois latérales 131 30 présentant une hauteur décroissante de leur milieu vers leurs extrémités latérales (tel que cela apparaît sur la figure 5), et délimitant entre elles un espace d'accueil incurvé (tel que cela apparaît sur la figure 4) destiné à recevoir le corps de la turbine. Le guidage de la phase de raccordement électrique de la turbine avec la structure porteuse (simultanément à l'emboitement de l'élément descendant de la turbine avec l'élément ascendant de la structure porteuse) s'opère de la façon suivante. Selon la configuration illustrée par la figure 1, la partie mâle tronconique de la turbine est décalée axialement par rapport à la cavité tronconique 221 de la colonne cylindrique de la structure porteuse.

10 En opérant la descente de la turbine à vitesse lente par rapport à la structure porteuse, la partie mâle tronconique s'engage dans la cavité tronconique de la colonne cylindrique, jusqu'à ce que la partie mâle tronconique vienne au contact des moyens de centrage 220. En poursuivant la descente de la turbine, la partie mâle tronconique glisse 15 contre la surface des moyens de centrage 220 de la colonne, de façon à amener progressivement en coïncidence l'axe de la partie mâle tronconique avec l'axe de la cavité tronconique. La descente de la turbine par rapport à la structure porteuse s'opère jusqu'à ce que la partie mâle tronconique de la turbine et la 20 cavité tronconique de la colonne soit positionnée de façon coaxiale. Tel qu'illustré par la figure 3, à ce stade, l'épaulement annulaire 130 du berceau 13 est en appui planaire sur le rebord d'extrémité supérieur 222 de la colonne. On note que la partie mâle tronconique 120 présente une conicité 25 égale à celle de la partie d'extrémité supérieure 223 de la colonne, de sorte que la paroi externe de la partie mâle tronconique épouse la paroi interne de la partie d'extrémité supérieure une fois les éléments descendant et ascendant emboîtés. En outre, la turbine et la structure porteuse sont conçues de telle 30 sorte que lorsque l'emboîtement de l'élément descendant et de l'élément ascendant est effectué, la turbine se positionne et se bloque dans le sens du courant prédéterminé, évitant ainsi toute rotation du corps de la turbine en cas de changement de direction du courant (ce qui engendrerait des phénomènes d'usure). On note que la prise 30 et le connecteur 4 sont conçus de telle sorte que lorsque l'emboitement de la turbine avec la structure porteuse 5 s'opère, la prise 30 vient s'enclencher automatiquement avec le connecteur 4 de la structure porteuse. On comprend donc que, une fois l'emboitement de la partie mâle tronconique avec la cavité tronconique réalisée, le câble électrique de liaison 40 est relié au câble de la turbine par l'intermédiaire du collecteur 10 4 et de la prise 30. Par ailleurs, tel que cela apparait sur la figure 6, le châssis 20 de la structure porteuse est conçu de façon à relier l'élément ascendant de la structure porteuse, en l'occurrence la colonne cylindrique, avec les moyens de liaison au sol.

15 Selon le présent mode de réalisation, le châssis comprend : des barres périphériques 200, reliant deux à deux les moyens de liaison 21; une barre-support 201 s'étendant entre deux des barres périphériques 200, sur laquelle vient reposer l'élément 20 ascendant 22; - une série de barres intermédiaires 202, s'étendant à partir des barres périphériques 200 et/ou de la barre porteuse 201, et couplées pour certaines à l'élément ascendant 22, de façon à maintenir celui-ci dans une direction axiale 25 orthogonale au plan défini par les barres périphériques 200. Le châssis comprend en outre deux montants 203. Plus précisément, les montants 203 sont portés par deux des barres périphériques 200, et sont positionnées aux extrémités de la barre support 201 de telle sorte que l'élément ascendant s'étende entre les 30 deux montants 203.

2 99 74 5 9 11 Le corps de la turbine porte quant à lui des moyens de guidage 14 destinés à coopérer avec au moins un des montants 203 pour positionner l'élément descendant 120 à l'aplomb de l'élément ascendant 22. On note que l'expression «à l'aplomb)> implique la possibilité que l'élément ascendant et l'élément descendant ne sont pas nécessairement coaxiaux, justifiant alors le guidage obtenu par la coopération de la partie mâle tronconique et des moyens de centrage tel que décrit précédemment. Selon le présent mode de réalisation, les moyens de guidage 14 10 comprennent deux barres 140 s'étendant à partir du corps 11 de la turbine, ceci selon des directions convergentes. Selon le mode de réalisation illustré par les figures 6 et 7, les barres 140 sont reliées à leur extrémité convergente par une barre de liaison 141 en arc de cercle.

15 De plus, le corps de la turbine porte, de chaque côté du corps, un bras transversal 142. Le corps 11 de la turbine présente une largeur inférieure à l'écartement entre les montants 203. Les bras transversaux 142 s'étendent dans l'alignement l'un de l'autre, sur une longueur telle que la 20 distance entre leurs extrémités libres 143 est supérieure à l'espace entre les montants 203. Ainsi, chaque bras transversal est destiné à venir en butée orthogonalement contre un des montants 203. On note que, selon le présent mode de réalisation, les deux barres 140 sont reliées au corps de la turbine par l'intermédiaire des bras 25 transversaux 142. Avec les moyens de guidage qui viennent d'être décrits, le guidage en phase d'approche de la turbine par rapport à la structure porteuse s'opère de la façon suivante : dans un premier temps, la turbine est amenée 30 grossièrement au voisinage de la structure porteuse, ceci en prévoyant au minimum que les barres 140 des moyens de guidage 14 s'étendent entre les montants 203 de la structure porteuse ; dans un deuxième temps, la turbine est déplacée essentiellement dans un plan horizontal, de telle sorte que l'une des barres 140 vienne au contact du montant correspondant 203; le déplacement essentiellement dans un plan horizontal de la turbine est poursuivi, ce qui se traduit simultanément par un glissement de la barre 140 au contact du montant correspondant 203; le déplacement essentiellement dans un plan horizontal de la turbine est poursuivi jusqu'à ce que le corps de la turbine soit sensiblement centré entre les montants 203; en position centrée de la turbine entre les montants 203, les bras transversaux 142 viennent en butée orthogonalement chacun contre un montant 203. Dans cette configuration (turbine 130 entre les montants-203, bras transversaux 142 en butée contre les montants 203), la partie mâle tronconique s'étend sensiblement à l'aplomb de l'élément ascendant 22 constitué par la colonne cylindrique. La turbine peut alors être descendue à vitesse lente jusqu'à ce que le guidage de l'emboitement de la partie mâle tronconique dans la cavité tronconique s'opère tel que décrit précédemment.25

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Système hydrolien constitué par une turbine (1) comprenant un corps (11) portant un rotor (10) et par une structure porteuse (2) incluant des moyens de liaison au sol (21) et destinée à supporter la turbine (1) en immersion, dans lequel la turbine (1) est destinée à être reliée à un collecteur par un câble électrique (3), caractérisé en ce que la turbine (1) présente une sortie ventrale (120) formant passage pour le câble électrique (3), le câble électrique étant pourvu d'une prise (30), et en ce que la structure porteuse (2) comprend un connecteur (4) présenté de façon à être dirigé vers le corps de la turbine en vue d'être relié à la prise (30) du câble électrique de la turbine.
2. 2. Système hydrolien selon la revendication 1, caractérisé en ce que le connecteur est intégré à une colonne cylindrique (22).
3. 3. Système hydrolien selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de guidage (120), (220) l'un vers l'autre de la prise (30) et du connecteur (4).
4. 4. Système hydrolien selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure porteuse (2) présente au moins élément ascendant formant un premier organe d'emboîtement incluant le connecteur (4), et en ce que le corps (11) de la turbine présente au moins un élément descendant formant un deuxième organe d'emboîtement incluant ladite prise (30) et étant complémentaire du premier organe d'emboîtement en vue de coopérer avec celui-ci.
5. 5. Système hydrolien selon la revendication 4, caractérisé en ce que la turbine (1) et la structure porteuse (2) incluent des moyens de guidage de l'élément descendant et de l'élément ascendant l'un vers l'autre.
6. 6. Système hydrolien selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément ascendant de la structure porteuse est constitué par la colonne cylindrique (22).
7. 7. Système hydrolien selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément ascendant présente une concavité tronconique (221) constituant le premier organe d'emboîtement, et en ce que l'élément descendant comprend une partie mâle tronconique (120) destinée à coopérer avec la cavité tronconique (221).
8. 8. Système hydrolien selon la revendication 4, dans lequel la structure porteuse comprend un châssis (20) couplé aux moyens de liaison au sol (21), caractérisé en ce que le châssis (20) comprend au moins deux montants (203) entre lesquels s'étend l'élément ascendant, le corps (11) de la turbine portant des moyens de guidage (14) destinés à coopérer avec au moins l'un desdits montants (203) pour positionner ledit élément descendant à l'aplomb dudit élément ascendant.
9. 9. Système hydrolien selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de guidage (14) comprennent deux barres (140) s'étendant à partir du corps de la turbine selon des directions convergentes.
10. 10. Système hydrolien selon la revendication 8, caractérisé en ce que le corps (11) de la turbine porte, de chaque côté du corps, un bras transversal (142) destiné chacun à venir en butée orthogonalement contre un des montants (203).