FR2999246A1 - Device for generating wind energy in e.g. urban environment, has wind turbines located at different heights and/or distance, and vibration damping element arranged at fixing support of each wind turbine - Google Patents

Device for generating wind energy in e.g. urban environment, has wind turbines located at different heights and/or distance, and vibration damping element arranged at fixing support of each wind turbine Download PDF

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Abstract

The device has multiple wind turbines located at different heights and/or distance about three times of diameter when the wind turbines are located on a same level, where a secondary axle (6) of each wind turbine is brought back on a common axle (1). A vibration damping element (2) is arranged at a fixing support of the wind turbine. Brackets (4) are welded and located at a base of the common axle. The wind turbines are fixed by mounted parts (7) and welded with the secondary axles.

Description

DESCRIPTION L'arbre éolien est un support aux formes à multi branches autoporteur haubanable, pouvant supporter à l'extrémité de chacune d'entre elle une éolienne à axe vertical et/ou horizontal. Cette invention permet de concentrer sur un même support, plusieurs éoliennes d'énergie égale ou différente, afin de produire de l'énergie renouvelable en milieu urbain et/ou rurale tout en permettant une parfaite intégration selon la finition souhaitée et de la surface au sol disponible. La forme et les dimensions de l'ensemble ainsi que de chaque élément constituant l'arbre éolien et un élément architectural, à l'esthétique modelable, parfaitement démontable et adaptable selon les besoins de productivité d'énergie et d'intégration au milieu urbain.DESCRIPTION The Aeolian tree is a support with self-supporting guyed multi-branched forms, able to support at the end of each of them a wind turbine with vertical and / or horizontal axis. This invention allows to concentrate on the same support, several wind turbines of equal or different energy, in order to produce renewable energy in urban and / or rural environment while allowing a perfect integration according to the desired finish and the ground surface available. The shape and the dimensions of the whole as well as of each element constituting the Aeolian tree and an architectural element, with the modelable esthetics, perfectly dismountable and adaptable according to the needs of energy productivity and integration with the urban environment.

Il répond parfaitement aux contraintes de variation du vent dues aux obstacles et à la forme du site. Il peut s'installer aussi bien en haut d'un édifice ou au sol dans une zone à fort courant d'air.La réduction de la distance minimale requise par les constructeurs (perturbations entre deux éoliennes) est rendue possible par le changement de positionnement dans l'espace (hauteur différente), d'une fois la hauteur de l'éolienne la plus haute, de l'éolienne la plus 15 proche. Les perturbations ainsi crées autour d'une éolienne ne nuisent pas aux éoliennes situées à proximité réduisant ainsi de façon significative la distance entre deux éoliennes (cf dessin 1). La structure est composée de tubes acier de section dégressive sur le tronc et les branches, dimensionnés selon les charges à reprendre de poids de l'ensemble de la structure et des 20 équipements, des vibrations et des efforts aux vents. Le tronc (1) forme l'axe principal dont on trouve à la base une platine d'ancrage au sol avec une réservation passe câbles en son centre. La base du tronc comprend une trappe d'accès au bornier de raccordement des éoliennes. Des moignons dans lesquels on trouve les points de fixation des branches, constituent l'amorce de fixation des branches. 25 Les éoliennes sont situées à des hauteurs différentes et/ou à une distance d'au moins 3 foisleur diamètre quand elles sont situées sur un même niveau. L'axe secondaire (6) de chaque éolienne étant ramené sur un axe commun, la descente de charge de l'ensemble se retrouve équilibrée sur l'axe commun. Un élément d'amortissement des vibrations (2) est agencé au niveau du support de 30 fixation de chaque éolienne et au niveau de la base de l'axe commun (1). Ce dispositif empêche une usure prématurée des éoliennes et contribue à l'amélioration de leur rendement tout en limitant les bruits solidiens. Les éoliennes sont fixées par des pièces (7) montées et soudées aux axes secondaires (6) de la structure et comprennent en leur centre un percement afin de permettre le passage du câble électrique de l'éolienne.It responds perfectly to the constraints of variation of the wind due to the obstacles and the shape of the site. It can be installed both at the top of a building or on the ground in a zone with a strong draft. The reduction of the minimum distance required by the builders (disturbances between two wind turbines) is made possible by the change of position in space (different height), from the height of the highest wind turbine, to the nearest wind turbine. Disturbances thus created around a wind turbine do not harm nearby wind turbines thus significantly reducing the distance between two wind turbines (see drawing 1). The structure is composed of steel tubes of degressive section on the trunk and the branches, sized according to the loads to regain weight of the whole structure and equipment, vibrations and efforts to winds. The trunk (1) forms the main axis at the base of which is an anchor plate on the ground with a cable pass reservation at its center. The base of the trunk includes an access hatch to the connection terminal of wind turbines. Stumps in which we find the points of attachment of the branches, constitute the primer attachment branches. The wind turbines are located at different heights and / or at a distance of at least 3 times their diameter when they are located on the same level. The secondary axis (6) of each wind turbine being brought to a common axis, the load of the entire descent is balanced on the common axis. A vibration damping element (2) is arranged at the mounting bracket of each wind turbine and at the base of the common axis (1). This device prevents premature wear of wind turbines and contributes to improving their performance while limiting solid noise. The wind turbines are fixed by pieces (7) mounted and welded to the secondary axes (6) of the structure and include in their center a bore to allow the passage of the electric cable of the wind turbine.

DESCRIPTION Les percements de fixation des éoliennes sont situés en périmétrie de la pièce (7) et permettent la pose de tout type d'éolienne standard du marché à axe verticale et/ou horizontal. L'arbre éolien est composé d'éléments emboitables afin d'être transporté en n'importe quel lieu et monté facilement. Ces éléments sont l'axe commun (1) et les axes secondaires (6).DESCRIPTION The fastening holes of the wind turbines are situated in perimetry of the part (7) and allow the installation of any type of standard wind turbine of the market with vertical and / or horizontal axis. The Aeolian tree consists of nestable elements to be transported to any place and mounted easily. These elements are the common axis (1) and the secondary axes (6).

Le poids de chaque élément est réduit au maximum pour une mise en oeuvre aisée. Les éléments emboitables peuvent faire l'objet d'une fabrication « série » pour réduire les couts de fabrication. L'axe commun (1) se compose de trois parties de dimensions différentes, reposant sur une platine (8) d'ancrage au sol. Avec à chaque extrémité un épanouissement permettant l'emboitage et la fixation par boulon de l'élément à l'extrémité suivante et pourvus en leur centre de trous de passage des boulons de serrage. La fixation du premier élément de l'axe commun, assure la stabilité de l'ensemble au montage. Des goussets (4) sont soudés et situés à la base de l'axe commun (1). Cette disposition permet de rigidifier l'ensemblede la structure et d'augmenter la surface de liaison à la platine (8) d'ancrage.The weight of each element is reduced to the maximum for easy implementation. Nestable elements can be manufactured "series" to reduce manufacturing costs. The common axis (1) consists of three parts of different dimensions, resting on a plate (8) anchoring to the ground. With at each end a development allowing the insertion and fixing by bolt of the element to the next end and provided in their center of holes for the passage of the clamping bolts. Fixing the first element of the common axis, ensures the stability of the assembly assembly. Gussets (4) are welded and located at the base of the common axis (1). This arrangement makes it possible to stiffen the assembly of the structure and to increase the bonding surface to the anchoring plate (8).

L'axe commun (1) se compose de moignons (3) pour la fixation des axes secondaires (6). Ces moignons sont pourvus en leur centre, de deux trous opposés pour le passage d'un boulon de serrage servant aussi de détrompeur. Ce dispositif empêche les erreurs de montage, les mouvements de rotation et de translation des axes secondaires (6). La mise en oeuvre en étant ainsi simplifiée.The common axis (1) consists of stubs (3) for fixing the secondary axes (6). These stubs are provided in their center, two opposite holes for the passage of a clamping bolt also acting as a key. This device prevents assembly errors, rotational movements and translation of secondary axes (6). The implementation is thus simplified.

L'ensemble de la structure est utilisé pour le passage des conducteurs électriques à l'intérieur des axes secondaires (6) et de l'axe commun (1), jusqu'au bornier de raccordement situé au pied de l'axe commun (1). Ce dispositif permet une mise en oeuvre plus aisée des réseaux électriques en conformité avec la norme NFC 15100. La base de l'axe commun (1) comprend une trappe d'accès (5) au bornier de raccordement situé à l'intérieur de l'axe commun. Ce dispositif comporte un rebord d'étanchéité qui est assurée par un joint souple autour de la trappe et équipée de charnières et serrure. Ce dispositif permet un accès au bornier de raccordement. Réduction des diamètres des axes secondaires et de l'axe commun sur leur longueur. Outre l'aspect esthétique, cette disposition permet d'alléger la structure en acier et ainsi de mieux maitriser les contraintes d'ancrage au sol et/ou de descente de charge dans le cas d'une pose sur un édifice en terrasse. Les dimensions indiquées sur la figure joint en annexe sont données à titre indicatif, il y a lieu de calculer les éléments de structure en fonction du poids de l'ensemble, des efforts mécaniques aux vents, des contraintes acoustiques et des vibrations créées par le fonctionnement des éoliennes.The entire structure is used for the passage of the electrical conductors inside the secondary axes (6) and the common axis (1), to the terminal block located at the foot of the common axis (1). ). This device allows an easier implementation of electrical networks in accordance with the NFC 15100 standard. The base of the common axis (1) comprises an access hatch (5) to the terminal block located inside the common axis. This device comprises a sealing flange which is provided by a flexible seal around the hatch and equipped with hinges and lock. This device provides access to the terminal block. Reduction of the diameters of the secondary axes and the common axis along their length. In addition to the aesthetic aspect, this arrangement makes it possible to lighten the steel structure and thus to better control the constraints of anchoring to the ground and / or lowering of load in the case of a laying on a terrace building. The dimensions shown in the attached figure are given as an indication, it is necessary to calculate the structural elements according to the weight of the assembly, the mechanical forces to the winds, acoustic stresses and vibrations created by the operation. wind turbines.

DESCRIPTION La capacité d'énergie renouvelable productible de l'arbre éolien est selon les études menées ci-après, sur un site situé à Paris, est de 20 000 KWh/an. Cette étude est basée sur des éoliennes à axe vertical qui peuvent être installées sur des supports fixés en milieu urbain sur le toit d'une résidence, d'unbâtiment commercial, d'un immeuble de bureaux ou industriel.DESCRIPTION The producible renewable energy capacity of the Aeolian tree is, according to the studies carried out below, on a site located in Paris, is 20 000 KWh / year. This study is based on vertical axis wind turbines that can be installed on urban fixed supports on the roof of a residence, commercial building, office building or industrial building.

Les éoliennes à axe vertical captent l'énergie du vent, quelque soit sa direction. Elles s'adaptent parfaitement au vent turbulent des villes qui peut changer rapidement de direction et d'intensité. Le principe de distribution électrique est défini en figure 2. Les éoliennes à axe vertical sont capables de répondre aux besoins énergétiques de nombreuses applications : recharge de batteries, alimentation directe d'un ou plusieurs appareils électriques (éclairage, pompage, chauffage, climatisation, ventilation ...), injection dans le réseau électrique national ou utilisation en autoconsommation. Les avantages de ce type d'éolienne sont les suivants : Très faible émission sonore ; - facilité d'installation et de mise en oeuvre ; - durée de vie (20 ans en moyenne) ; - adaptée aux vents turbulents ; - vitesse de vent de démarrage très faible ; - usure très faible (axe vertical) ; - entretien très faible ; - économique ; - cout d'installation faible ; - très bon refroidissement du générateur. La description statistique représentant la probabilité que le vent souffle à différentes vitesses (0 à 35m/s) sur le site donné. Elle est établie à partir de la vitesse moyenne annuelle de vent sur le site et tient compte des deux facteurs suivants : - le facteur lié aux conditions du site (rugosité du terrain, climat, paysages) - le facteur proportionnel à la variation de la vitesse moyenne du vent. Figures 3 et 4. L'analyse des relevés effectués sur site (cf figures 3 et 4) met en exergue un vent moyen en saison basse de 5 m/s (figure 5). La courbe de puissance est une caractéristique de performance de l'éolienne. Elle représente la distribution de puissance instantanée de sortie (en KW) produite par l'éolienne pour chaque vitesse de vent mesurée sur le site à la hauteur de moyeu. (figure 6). La zone de production de l'éolienne à partir des données du site d'installation est indiquée en figure 7. Estimation de la production effective de l'installation par an, voir figure 8. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la production d'énergie renouvelable.30Vertical axis wind turbines capture wind energy, regardless of direction. They adapt perfectly to the turbulent wind of the cities which can quickly change direction and intensity. The principle of electrical distribution is defined in figure 2. The vertical axis wind turbines are able to meet the energy needs of many applications: battery charging, direct supply of one or more electrical appliances (lighting, pumping, heating, air conditioning, ventilation ...), injection into the national electricity grid or use in own consumption. The advantages of this type of wind turbine are: Very low noise emission; - ease of installation and implementation; - service life (20 years on average); - adapted to turbulent winds; - very low starting wind speed; - very low wear (vertical axis); - very weak maintenance; - economic ; - low installation cost; - very good cooling of the generator. The statistical description representing the probability that the wind will blow at different speeds (0 to 35m / s) at the given site. It is based on the average annual wind speed on the site and takes into account the following two factors: - the factor related to the site conditions (terrain roughness, climate, landscapes) - the factor proportional to the variation of the speed average wind. Figures 3 and 4. The analysis of the surveys carried out on site (see Figures 3 and 4) highlights an average wind in the low season of 5 m / s (Figure 5). The power curve is a performance characteristic of the wind turbine. It represents the instantaneous output power distribution (in KW) produced by the wind turbine for each wind speed measured at the site at the hub height. (Figure 6). The production area of the wind turbine from the data of the installation site is indicated in FIG. 7. Estimation of the actual production of the installation per year, see FIG. 8. The device according to the invention is particularly intended for the renewable energy production.30

Claims (9)

REVENDICATIONS1) Dispositif de génération d'énergie éolienne comportant plusieurs éoliennes, caractérisé en ce que, les éoliennes sont situées à des hauteurs différentes et/ou à une distance d'au moins 3 fois leur diamètre quand elles sont situées sur un même niveau. L'axe secondaire (6) de chaque éolienne étant ramené sur un axe commun (1).CLAIMS1) A device for generating wind energy comprising several wind turbines, characterized in that the wind turbines are located at different heights and / or at a distance of at least 3 times their diameter when they are located on the same level. The secondary axis (6) of each wind turbine being brought to a common axis (1). 2) Dispositif selon la revendication 1 est caractérisé en ce qu'un élément d'amortissement des vibrations (2) est agencé au niveau du support de fixation de chaque éolienne et au niveau de la base de l'axe commun (1). Ce dispositif empêche une usure prématurée des éoliennes et contribue à l'amélioration de leur rendement.2) Device according to claim 1 is characterized in that a vibration damping element (2) is arranged at the mounting bracket of each wind turbine and at the base of the common axis (1). This device prevents premature wear of wind turbines and contributes to improving their performance. 3) Dispositif selon la revendication précédente en ce que les éoliennes sont fixées par des pièces (7) montées et soudées aux axes secondaires (6) de la structure et comprenant en leur centre un percement afin de permettre le passage du câble électrique de l'éolienne. Les percements de fixation des éoliennes sont situés en périmètrie de la pièce (7).3) Device according to the preceding claim in that the wind turbines are fixed by parts (7) mounted and welded to the secondary axes (6) of the structure and comprising in their center a bore to allow the passage of the electrical cable of the wind turbine. The fastening holes of the wind turbines are located in perimetry of the part (7). 4) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est composé d'éléments emboitables afin d'être transporté et monté facilement. Ces éléments sont l'axe commun (1) et les axes secondaires (6).4) Device according to one of the preceding claims, characterized in that it is composed of nestable elements to be transported and mounted easily. These elements are the common axis (1) and the secondary axes (6). 5) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'axe commun (1) se compose de trois parties de dimensions différentes, reposant sur une platine(8) d'ancrage au sol. Avec à chaque extrémité un épanouissement permettant l'emboitage et la fixation par boulon de l'élément à l'extrémité suivante et pourvus en leur centre de trous de passage de boulon.5) Device according to the preceding claim, characterized in that the common axis (1) consists of three parts of different dimensions, resting on a plate (8) anchoring to the ground. With at each end a development allowing the insertion and bolting of the element to the next end and provided in their center with bolt holes. 6) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que des goussets (4) sont soudés et situés à la base de l'axe commun (1). Cette disposition permettant de rigidifier l'ensemble de la structure.6) Device according to the preceding claim, characterized in that gussets (4) are welded and located at the base of the common axis (1). This provision to stiffen the entire structure. 7) Dispositif selon la revendication 4 en ce que l'axe commun (1) se décompose de moignons (3) pour la fixation des axes secondaires(6). Ces moignons sont pourvus en leur centre, de deux trous opposés pour le passage d'un boulon. Ce dispositif empêche les mouvements de rotation et de translation des axes secondaires (6).7) Device according to claim 4 in that the common axis (1) is decomposed stubs (3) for fixing the secondary axes (6). These stumps are provided in their center, two opposite holes for the passage of a bolt. This device prevents the rotational and translational movements of the secondary axes (6). 8) Dispositif selon la revendication 7 est caractérisé par une trappe d'accès (5) au bornier de raccordement situé à l'intérieur du pied de l'axe commun (1) ce dispositif comporte un rebord d'étanchéité qui est assurée par un joint souple autour de la trappe. Ce dispositif permet un accès aux borniers de raccordement.8) Device according to claim 7 is characterized by an access door (5) to the terminal block located inside the base of the common axis (1) this device comprises a sealing flange which is provided by a soft seal around the hatch. This device provides access to the connection terminal blocks. 9) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, est caractérisé par la réduction des diamètres des axes secondaires et de l'axe commun sur leur longueur. Outre l'aspect esthétique,cette disposition permet d'alléger la structure en acier et ainsi de mieux maîtriser les contraintes d'ancrage au sol et/ou de descente de charge dans le cas d'une pose sur un édifice en terrasse.9) Device according to one of the preceding claims, is characterized by the reduction of the diameters of the secondary axes and the common axis along their length. In addition to the aesthetic aspect, this arrangement makes it possible to lighten the steel structure and thus to better control the constraints of anchoring to the ground and / or lowering of load in the case of a laying on a terrace building.
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