FR3027351A1 - Generateur marin a efficacite progressive et procedes associes - Google Patents

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Abstract

L'invention générateur marin est constituée d'un ensemble de moyens convertissant en énergie électrique une pluralité d'énergies renouvelables disponibles en mer comme les flux et reflux des marées et les courants sous-marins mais aussi les vents et la houle qu'ils génèrent, ou encore l'ensoleillement, et ce par le moyen de systèmes propres à convertir chacune de ces énergies. Lesdits systèmes sont notamment constitués de dispositifs novateurs comportant des générateurs dont l'efficacité progressive est assurée par le déplacement des masses actives aimantées en fonction de la vitesse de rotation du rotor, permettant ainsi d'abaisser considérablement le couple nécessaire au démarrage du générateur. L'invention générateur marin comporte notamment des systèmes permettant de convertir en énergie électrique les mouvements verticaux et horizontaux de la structure flottante accueillant lesdits systèmes. L'invention générateur marin est particulièrement destinée à être intégrée en nombre dans un parc en pleine mer ou dans une baie. Par la puissance que peut atteindre une telle configuration, l'invention est particulièrement destinée à devenir un élément de la transition énergétique.

Description

GÉNÉRATEUR MARIN À EFFICACITÉ PROGRESSIVE ET PROCÉDÉS ASSOCIÉS INTRODUCTION Les principaux défis à relever dans le cadre de la transition énergétique sont principalement d'être en mesure de proposer une solution économiquement compétitive en matière de prix de revient du Mégawatt produit, en comparaison de celui obtenu dans une centrale nucléaire, mais également de proposer une solution apte à s'intégrer dans son environnement. La grande majorité des solutions aujourd'hui proposées le sont à base de générateurs de plus en plus puissants et en nombre restreint, mais dont l'intégration dans le site d'installation soulève de plus en plus de difficultés.
La solution proposée selon l'invention est à base d'une multitude de petits générateurs fabricables par des P.M.E. et transportables sur route, utilisant des composants produits en grande série pour en abaisser le coût, et avec une conception permettant leurs installation et maintenance à faible coût. Les moyens de génération d'énergie électrique selon l'invention sont susceptibles d'être installés dans tout type de structure flottante les accueillant, et ainsi de permettre leur intégration dans un parc de production électrique qui respecte l'environnement du site retenu. ÉTAT DE LA TECHNOLOGIE Chacune des sources d'énergie utilisées par l'invention a fait l'objet d'études et de dépôts de brevets. La transformation de l'énergie des mouvements de la mer et particulièrement celle fournie par les vagues ou la houle a fait l'objet de nombreux brevets, comme notamment le document FR 2894299 Al présentant un "dispositif permettant de convertir l'ondulation et/ou les oscillations d'un liquide dans lequel il est au moins partiellement immergé, en une énergie utilisable", ou encore plus récemment le document FR 2 932 231 Al présentant un "dispositif pour convertir une énergie de houle en énergie utilisable notamment électrique", dont un prototype a été installé au large du Croisic en France et qui utilise les oscillations de la houle pour actionner des générateurs, ou encore le document VVO/2010/ 024741 Al présentant "a wawe- power unit" qui tire son énergie des vagues, en utilisant le différentiel de hauteur existant entre la crête et le creux des vagues, différentiel récupéré par une bouée de surface dont le mouvement entraine un générateur linéaire à aimant permanent ancré sur le fond. Concernant les aérogénérateurs, il en existe un très grand nombre de tous types et de toutes formes, et plus précisément pour ce qui est des aérogénérateurs à axe vertical, comme par exemple le document VVO 2003074868 Al présentant un "Aérogénérateur à axe vertical", ou plus récemment le document VVO 2001036819 Al présentant également un "Aérogénérateur à axe vertical". Concernant les hydrogénérateurs, on peut citer parmi les plus récents le document EP 2710714 Al présentant une "Turbine génératrice de courant électrique", ou encore le document EP 2710257 Al présentant une "Turbine à rendement optimisé".
L'ensemble de ces inventions, si elles ont incontestablement fait progresser l'état de la technique, présentent un certain nombre de points faibles notamment économiques, points faibles que l'invention ici présentée a cherché à corriger. PRÉSENTATION DE L'INVENTION L'invention générateur marin (100) est caractérisée en ce qu'elle comporte dans une même structure flottante (101) une pluralité de moyens (110,130,140) convertissant en énergie électrique la houle et les flux et reflux des marées, les courants sous-marins et optionnellennent les vents, ladite structure flottante étant équipée de dispositifs (120) permettant sa liaison notamment par maillage avec d'autres pour ainsi constituer un parc de production électrique. Lesdits moyens sont constitués notamment d'un type de générateur (200) universel en ce qu'il peut recevoir tout type de mécanisme d'entrainement axial et fonctionner comme hydro ou/et aérogénérateur. Ledit générateur (200) est novateur en ce que le niveau d'induction électromagnétique généré par le rotor (210) est progressif, en ce que les bobinages (221) du stator (220) créant le courant sont réversibles et aptes à réguler par des circuits adaptés (223) la vitesse de rotation mesurée par un compte-tour optronique (224) voire freiner magnétiquement ledit rotor, et en ce que ledit générateur (200) est pourvu d'un système (222) de connectique permettant à la demande tout choix de courant en terme de type/tension/phase. Lesdits ensembles stators/rotors sont installés sur une couronne périphérique, étant précisé que lesdits rotors (210) comportent à leur périphérie une pluralité d'aimants permanents (211) dont une partie ou la totalité sont mobiles et peuvent coulisser par l'action de la force centrifuge du centre vers la périphérie le long d'un rayon (216) , entrainant ainsi une augmentation de la surface aimantée placée en regard des bobinages (221) du stator et donc une augmentation du flux du champ magnétique, de sorte que l'induction électromagnétique générée par lesdits aimants augmente progressivement avec la vitesse de rotation dudit rotor, étant précisé que le maintien en position basse à l'arrêt desdits aimants permanents (211) est assuré par un système (212) comportant un ressort circulaire à extension contrôlée, ledit ressort se détendant et libérant le coulissage desdits aimants vers l'extérieur du rotor dès qu'il prend de la vitesse.
Le générateur (200) universel est caractérisé en ce que le mouvement rotatif du rotor (210) peut être soit entrainé en prise directe par des pales (213) tournant autour de leur axe (215) soit après démultiplication par un jeu d'engrenages adapté (214), étant précisé que les pales (213) peuvent être configurées en fonction du choix d'utilisation comme hydrogénérateur, aérogénérateur ou combinée. L'invention générateur marin comporte notamment des systèmes permettant de convertir en énergie électrique les mouvements verticaux et horizontaux de la structure flottante accueillant lesdits systèmes. Les moyens permettant de transformer en mouvements rotatifs les mouvements linéaires verticaux du flotteur générés par les élévation/abaissement du niveau de l'eau sont notamment constitués par un système d'absorption verticale (110) comportant notamment deux poulies couplées (111,112) entrainées à la montée du flotteur générée par la poussée d'Archimède par un câble gaine (113) d'alimentation fixé au fond par un lest (114) et se déroulant sur la poulie principale (111), et s'enroulant à l'abaissement par l'action d'un contrepoids (115) entrainant la poulie secondaire (112), étant précisé que le différentiel de dimension de rayon entre les deux poulies assure une démultiplication qui permet d'absorber le marnage du lieu d'installation sans que ledit contrepoids ne sorte de la base du flotteur, base optionnellement pourvue de semelles pour pouvoir reposer sur le fond par grande marée basse. Le mouvement rotatif ainsi produit est transmis par un engrenage à angle droit (116) aux générateurs (200A) qui prennent en charge l'un ou l'autre des sens de rotation par un système à cliquet (117). Les moyens permettant de transformer en mouvements rotatifs les mouvements linéaires horizontaux du flotteur sont notamment constitués par un système (120) d'absorption des mouvements va-et-vient ainsi générés par compression/détente d'un système comportant au moins un ressort (121) dont l'extrémité mobile génère les allers/retours d'au moins un dispositif central (122) dont l'enfoncement/retrait pendant les phases successives de compression/détente entraine par un système de conversion (123) notamment constitué par une structure hélicoïdale dont le mouvement linéaire met en mouvement rotatif par le biais d'un ensemble male/femelle ergot/gorge une pièce transmettant ces mouvements à des générateurs (200B) dédiés à un sens où à l'autre par le biais d'un système à cliquet (124).
Les moyens permettant de transformer en mouvements rotatifs les mouvements linéaires des masses d'eau générés par les courants sous-marins sont notamment constitués d'hydrogénérateurs (130) utilisant le générateur (200C) universel décrit plus haut. L'invention générateur marin (100) est caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens additionnels de production électrique notamment constitués par des aérogénérateurs utilisant le générateur (200D) universel décrit plus haut, et notamment le dispositif aérogénérateur (140) utilisant comme pales (141) des voiles marines dont la surface exposée à la prise au vent est réglée par un système d'enrouleur/dérouleur (142) faisant coulisser l'attache (143) du point d'écoute à l'intérieur d'une bôme (144) par enroulage/déroulage d'une drisse (145) grâce à une poulie (146) placée à l'extrémité de ladite bôme, étant précisé que le déplacement par le mécanisme du point d'écoute est coordonné avec les enroulement/déroulement de la voile-pale de manière à ce que ladite voile-pale (141) reste tendue quelque soit son degré d'enroulement. L'invention générateur marin (100) est caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens additionnels de production électrique notamment constitués par des panneaux solaires marinisés (150). L'invention générateur marin (100) est caractérisée en ce que le transport à terre du courant produit et des informations bidirectionnelles nécessaires au pilotage de l'installation sont assurés par une pluralité de conducteurs adaptés connectés au système d'absorption verticale (110) et logés à l'intérieur d'un câble gaine (113) venant s'enrouler autour de la poulie principale (111) et reliant sans contact les organes de l'invention au point de collecte aprés fixation sur le lest (114), le maintien de ladite gaine pendant les phases de montée/descente étant assuré par un dispositif sans contact placé à l'intérieur de la poulie principale (111), ledit dispositif (118) notamment constitué d'un ressort-moteur se libérant à la montée et s'enroulant sur lui même à la descente. Cet ingénieux dispositif permet ainsi une liaison sans connexion intermédiaire. L'invention générateur marin (100) est caractérisée en ce que le niveau de flottabilité de la structure flettante peur être ajustée au moyen de ballastes (102).
FIGURES Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente une vue générale en coupe des principaux éléments constituant l'invention. La figure 2 représente une vue en coupe de l'élément type de production d'énergie électrique.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS5 1- Générateur marin (100) caractérisé en ce qu'il comprend au moins l'un des éléments suivants: - des moyens de conversion en énergie des forces engendrées par les mouvements verticaux générés par les flux et reflux des marées et la houle (110). - des moyens de conversion en énergie des forces engendrées par les déplacements horizontaux dudit générateur marin (120). - des moyens de conversion en énergie des courants marins (130). - des moyens de conversion en énergie de l'effet du vent (140). - des moyens additionnels de production électrique notamment constitués par des panneaux solaires marinisés (150).
  2. 2- Générateur marin (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de conversion en énergie des forces engendrées par les mouvements verticaux générés par les flux et reflux des marées et la houle, lesdits moyens permettant de transformer en mouvements rotatifs les mouvements linéaires verticaux du flotteur générés par les élévation/abaissement du niveau de l'eau étant notamment constitués par un système d'absorption verticale (110) comportant deux poulies couplées (111,112) entrainées à la montée du flotteur générée par la poussée d'Archimède par un câble gaine (113) d'alimentation fixé au fond par un lest (114) et se déroulant sur la poulie principale (111), et s'enroulant à l'abaissement par l'action d'un contrepoids (115) entrainant la poulie secondaire (112), étant précisé que le différentiel de dimension de rayon entre les deux poulies assure une démultiplication qui permet d'absorber le marnage du lieu d'installation sans que ledit contrepoids ne sorte de la base du flotteur, base optionnellement pourvue de semelles pour pouvoir reposer sur le fond par grande marée basse. Le mouvement rotatif ainsi produit est transmis par un engrenage à angle droit (116) aux générateurs (200A) qui prennent en charge l'un ou l'autre des sens de rotation par un système à cliquet (117).
  3. 3- Générateur marin (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de conversion en énergie des forces engendrées par les déplacements horizontaux dudit générateur, lesdits moyens permettant de transformer en mouvements rotatifs les mouvements linéaires horizontaux du flotteur étant notamment constitués par un système (120) d'absorption des mouvements va-et-vient ainsi générés par compression/détente d'un système comportant au moins un ressort (121) dont l'extrémité mobile génère les allers/retours d'au moins un dispositif central (122) dont l'enfoncement/retrait pendant les phases successives de compression/détente entraine par un système de conversion (123) notamment constitué par une structure hélicoïdale dont le mouvement linéaire met en mouvement rotatif par le biais d'un ensemble male/femelle ergot/gorge une pièce transmettant ces mouvements à des générateurs (200B) dédiés à un sens où à l'autre par le biais d'un système à cliquet (124).
  4. 4- Générateur marin (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens permettant de transformer en mouvements rotatifs les mouvements linéaires des masses d'eau généréspar les courants sous-marins lesdits moyens étant notamment constitués d'hydrogénérateurs (130) utilisant un générateur (200C).
  5. 5- Générateur marin (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de conversion en énergie de l'effet du vent lesdits moyens étant notamment constitués par des aérogénérateurs (140) utilisant comme pales (141) des voiles marines dont la surface exposée à la prise au vent est réglée par un système d'enrouleur/dérouleur (142) faisant coulisser l'attache (143) du point d'écoute à l'intérieur d'une bôme (144) par enroulage/déroulage d'une drisse (145) grâce à une poulie (146) placée à l'extrémité de ladite bôme, étant précisé que le déplacement par le mécanisme du point d'écoute est coordonné avec les enroulement/déroulement de la voile-pale de manière à ce que ladite voile-pale (141) reste tendue quelque soit son degré d'enroulement, et étant précisé que le mouvement rotatif ainsi obtenu est transformé en énergie électrique par un générateur (200D).
  6. 6- Générateur marin (100) selon les revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de conversion en énergie électrique notamment constitués de différentes versions d'exécution (200A, 2008, 200C, 200D) du générateur universel (200) caractérisé en ce qu'il comporte des ensembles stators/rotors installés sur une couronne périphérique, et que les rotors (210) comportent une pluralité d'aimants permanents (211) dont une partie ou la totalité sont mobiles et peuvent coulisser par l'action de la force centrifuge du centre vers la périphérie le long d'un rayon (216) , entrainant ainsi une augmentation de la surface aimantée placée en regard des bobinages (221) du stator et donc une augmentation du flux du champ magnétique, de sorte que l'induction électromagnétique générée par lesdits aimants augmente progressivement avec la vitesse de rotation dudit rotor, étant précisé que le maintien en position basse à l'arrêt desdits aimants permanents (211) est assuré par un système (212) comportant un ressort circulaire à extension contrôlée, ledit ressort se détendant et libérant le coulissage desdits aimants vers l'extérieur du rotor dès qu'il prend de la vitesse.
  7. 7- Générateur marin (100) selon les revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de conversion en énergie électrique notamment constitués de différentes versions d'exécution (200A, 200B, 200C, 200D) du générateur universel (200) caractérisé en ce qu'il comporte des stators (220) dont les bobinages créant le courant (221) sont réversibles et aptes à réguler par des circuits adaptés (223) la vitesse de rotation mesurée par un compte-tour optronique (224) voire freiner magnétiquement les rotors et en ce que ledit générateur (200) est pourvu d'un système (222) de connectique permettant à la demande tout choix de courant en terme de type/tension/phase.
  8. 8- Générateur marin (100) selon les revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de conversion en énergie électrique notamment constitués de différentes versions d'exécution (200A, 200B, 200C, 200D) du générateur universel (200) caractérisé en ce que le mouvement rotatif du rotor (210) peut être soit entrainé en prise directe par des pales (213) tournant autour de leur axe (215) soit après démultiplication par un jeu d'engrenages adapté (214), étant précisé que les pales (213) peuvent êtreconfigurées en fonction du choix d'utilisation comme hydrogénérateur, aérogénérateur ou combinée.
  9. 9- Générateur marin (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens additionnels de production électrique notamment constitués par des panneaux solaires marinisés (150).
  10. 10- Générateur marin (100) selon les revendications 2 à 5 et 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant le transport à terre du courant produit et des informations bidirectionnelles nécessaires au pilotage de l'installation moyens notamment assurés par une pluralité de conducteurs adaptés connectés au système d'absorption verticale (110) et logés à l'intérieur d'un câble gaine (113) venant s'enrouler autour de la poulie principale (111) et reliant sans contact les organes de l'invention au point de collecte après fixation sur le lest (114) , le maintien de ladite gaine pendant les phases de montée/descente étant assuré par un dispositif sans contact placé à l'intérieur de la poulie principale (111), ledit dispositif (118) notamment constitué d'un ressort-moteur se libérant à la montée et s'enroulant sur lui même à la descente.
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