FR3041710A1 - Procede de mise a l'arret d'une eolienne a axe vertical et eolienne a axe vertical correspondante - Google Patents

Abstract

Ce procédé comprend une étape de mise en drapeau du rotor (4) de l'éolienne (2) à axe vertical, comprenant le calage de pales (14) selon une configuration de calage dans laquelle chaque pale (14) a un angle de calage respectif et dans laquelle le rotor (4) possède une unique position angulaire d'équilibre stable relativement à la direction du vent, en laissant le rotor (4) libre de tourner pour s'orienter par rapport à la direction du vent.

Description

Procédé de mise à l’arrêt d’une éolienne à axe vertical et éolienne à axe vertical correspondante

La présente invention concerne le domaine des éoliennes à axe vertical, et en particulier un procédé de mise à l’arrêt d’une éolienne à axe vertical, comprenant une étape de mise en drapeau du rotor de l’éolienne à axe vertical.

Lorsque les vitesses de vent sont trop élevées pour permettre la production d’énergie électrique à l’aide d’une éolienne à axe vertical, il est possible de mettre l’éolienne à l’arrêt en arrêtant le rotor de l’éolienne à axe vertical et en bloquant le rotor pour empêcher toute rotation.

Pour ce faire, il est possible d’utiliser un système de freinage comprenant des freins à frictions. Pour des raisons de sécurité, les freins à frictions sont de préférence passifs, de sorte qu’ils s’activent et bloquent le rotor en cas de perte d’alimentation.

Alternativement, le rotor peut être bloqué en rotation par un système de verrouillage dont le principe est basé sur l’introduction d’un plot à tête conique coulissant dans un support fixe pour s’engager dans un logement femelle usiné dans un composant du rotor, comme par exemple le disque de frein.

Si le système de freinage et/ou le système de verrouillage doivent être utilisés lors des périodes de préservation (i.e. les périodes lors desquelles l’éolienne est maintenue à l’arrêt), leur dimensionnement est réalisé en considérant des couples aérodynamiques générés par le rotor sous l’action du vent, qui peuvent s’avérer être très importants lors des conditions de tempête ayant des périodes de retour annuelles ou cinquantenaires, de sorte que le système de freinage et/ou le système de verrouillage sont largement dimensionnés, encombrants, difficiles à implanter, lourds et onéreux.

Par ailleurs, la direction du vent pouvant varier fortement lors des tempêtes, et le positionnement du rotor ne pouvant être contrôlé lors de périodes de préservation lors desquelles il se peut que l’éolienne ne puisse pas être commandée à distance, par exemple en cas de perte de connexion à un réseau de communication. Dans ces conditions, la poussée aérodynamique du rotor ne peut être contrôlée et peut alors atteindre des valeurs très importantes nécessitant un surdimensionnement de la structure de support, flottante ou non, portant l’éolienne, pour garantir sa stabilité.

Un des buts de l’invention est de proposer un procédé de mise à l’arrêt d’une éolienne à axe vertical, comprenant une étape de mise en drapeau du rotor permettant de concevoir une éolienne plus légère et moins onéreuse, permettant de limiter la poussée aérodynamique générée par le rotor de manière passive afin d’éviter tout surdimensionnement de la structure de support, flottante ou non. A cet effet, l’invention propose un procédé de mise à l’arrêt d’une éolienne à axe vertical comprenant un rotor possédant des pales à calage variable, comprenant une étape de mise en drapeau du rotor comprenant le calage des pales selon une configuration de calage dans laquelle chaque pale a un angle de calage respectif et dans laquelle le rotor possède une unique position angulaire d’équilibre stable relativement à la direction du vent, en laissant le rotor libre de tourner pour s’orienter par rapport à la direction du vent.

Le procédé comprend en option une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - l’étape de mise en drapeau comprend le freinage du rotor par conversion de l’énergie cinétique de rotation du rotor en énergie électrique et la dissipation de l’énergie électrique ; - l’étape de mise en drapeau comprend le freinage du rotor par mise en court-circuit d’un générateur électrique couplé au rotor ; - l’étape de mise en drapeau comprend le freinage du rotor par connexion d’un générateur électrique couplé au rotor à au moins un banc de charge ; - la position angulaire d’équilibre stable du rotor relativement à la direction du vent correspond à un minimum de poussée aérodynamique du rotor induite sur une structure de support de l’éolienne à axe vertical par le rotor ou par un ensemble de rotors tous portés par la même structure de support ; - il comprend, préalablement à l’étape de mise en drapeau, une étape de freinage aérodynamique du rotor comprenant le calage des pales selon une configuration de calage de freinage aérodynamique telle que les pales fonctionnent comme des aérofreins ; - les angles de calage des pales sont sensiblement identiques dans la configuration de calage de freinage aérodynamique. - il comprend l’utilisation de l’énergie stockée dans un dispositif de stockage d’énergie prévu sur l’éolienne pour déplacer les pales en configuration de calage de mise en drapeau ; - il comprend le calage de chaque pale dans la configuration de calage de mise en drapeau par activation d’un dispositif de commande de calage à sûreté intégrée. L’invention concerne également une éolienne à axe vertical configurée pour la mise en œuvre d’un procédé tel que défini ci-dessus.

Elle concerne en particulier une éolienne à axe vertical comprenant un rotor possédant des pales à calage variable et des dispositifs de commande de calage des pales permettant de caler chaque pale individuellement, un générateur électrique couplé au rotor pour convertir la rotation du rotor en énergie électrique, et un système électronique de pilotage pour commander les dispositifs de commande de calage des pales du rotor, le système de pilotage étant programmé pour la mise en œuvre d’un procédé de mise à l’arrêt d’une d’éolienne à axe vertical comprenant une étape de mise en drapeau du rotor tel que défini ci-dessus. L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la Figure 1 est une vue schématique de face d’une éolienne à axe vertical ; - la Figure 2 est une vue schématique de dessus d’une liaison bras-pale entre un bras et une pale du rotor de l’éolienne à axe vertical de la Figure 1 ; - la Figure 3 est une vue schématique d’une chaîne électrique de l’éolienne à axe vertical de la Figure 1 ; - la Figure 4 est une vue schématique d’un système électronique de pilotage de l'éolienne à axe verticale de la Figure 1 ; et - la Figure 5 est un graphique illustrant le couple aérodynamique généré par le rotor de l’éolienne à axe vertical et la poussée aérodynamique générée par le rotor et subie par la structure de support en fonction de la position angulaire du rotor. L’éolienne 2 à axe vertical de la Figure 1 comprend un rotor 4 monté à rotation autour d’un axe de rotation A sensiblement vertical sur une structure de support 6 flottante.

Dans la suite de la description, les termes « vertical », « horizontal », « supérieur », « inférieur », « haut » et « bas » s’entendent par référence à la direction verticale de l’axe de rotation A du rotor 4 de l’éolienne 2.

La structure de support 6 est flottante. Ainsi, l’éolienne 2 est flottante et peut être installée sur une étendue d’eau, par exemple en mer ou sur un lac. La structure de support 6 est de préférence amarrée ou ancrée au fond de l’étendue d’eau.

La structure de support 6 comprend une structure flottante 8 et un mât 10 porté par la structure flottante 8. La structure flottante 8 est ici représentée schématiquement par un flotteur de type « bouée-crayon ». En pratique, pour offrir plus de stabilité, elle peut comprendre plusieurs flotteurs espacés en étant reliés entre eux par des poutres ou entretoises, la structure de support étant en outre éventuellement rigidifiées par des bracons.

Le rotor 4 comprend un moyeu 12 et plusieurs pales 14 réparties angulairement autour de l’axe de rotation A du rotor 4, de préférence uniformément. Le rotor 4 comprend ici deux pales 14 diamétralement opposées.

En variante, le rotor 4 comprend plus de deux pales, par exemple trois pales réparties à 120° autour de l’axe de rotation A ou qjatre pales réparties à 90° autour de l’axe de rotation A.

Chaque pale 14 est propre à générer une portance. Chaque pale 14 présente un profil alaire et possède un intrados et un extrados s’étendant entre un bord d’attaque et un bord de fuite.

Chaque pale 14 est portée par au moins un bras 16 reliant cette pale 14 au moyeu 12, ici par une paire de bras 16. Chaque bras 16 est lié à la pale 14 qu’il porte à distance des extrémités de cette pale 14. L’éolienne 2 comprend un générateur 18 électrique couplé au rotor 4 pour convertir l’énergie cinétique de rotation du rotor en énergie électrique. Le générateur 18 est ici placé en haut du mât 10, à proximité du moyeu 12, sous ce dernier.

Comme illustré sur la Figure 2, les pales 14 sont à calage variable. Chaque pale 14 est orientable autour d’un axe de calage C individuel, de façon à modifier l’angle de calage de la pale 14, qui est l’angle, dans un plan horizontal donné, entre la corde de la pale 14 et la tangente à la trajectoire décrite par l’axe de calage C dans le plan horizontal considéré. La corde de la pale 14 est le segment de droite reliant le bord d’attaque 14C et le bord de fuite 14D de la pale 14.

Chaque pale 14 est ici liée à chaque bras 16 qui la porte par une liaison bras-pale 20 articulée autorisant une rotation de la pale 14 par rapport au bras 16 autour de l’axe de calage C de la pale 14. L’éolienne 2 comprend un système de commande de calage 22 permettant de commander individuellement le calage de chaque pale 14. Le système de commande de calage 22 comprend par exemple un dispositif de commande de calage 24 individuel associé à chaque pale 14, pour commander le calage de cette pale 14.

Chaque dispositif de commande de calage 24 comprend par exemple au moins un actionneur 25 agencé pour faire pivoter la pale 14 autour de son axe de calage C. L’actionneur 25 est par exemple un vérin hydraulique, un vérin électrique ou un moteur électrique éventuellement associé à un réducteur de vitesse. L’actionneur 25 illustré sur la Figure 2 est un vérin électrique.

Comme illustré sur la Figure 2, l’actionneur 25 est disposé entre la pale 14 et un bras 16 portant la pale 14. Chaque dispositif de commande de calage 24 comprend un ou plusieurs actionneurs 25, par exemple un seul actionneur 25 agencé entre la pale 14 et un des bras 16 portant la pale 14 ou plusieurs actionneurs 25, chacun agencé entre la pale 14 et un bras 16 respectif parmi les bras 16 portant la pale 14.

Comme illustré sur la Figure 3, l'éolienne 2 comprend un système électrique 26 connectant électriquement le générateur 18 à un réseau électrique 28.

Le système électrique 26 comprend un système de conversion de puissance 29 comprenant un transformateur 30 électrique connecté au générateur 18 par deux branches 32 en parallèle. Chaque branche 32 comprend un convertisseur de puissance 34 connecté entre le générateur 18 et le transformateur 30 électrique.

Les deux branches 32 fonctionnent en parallèle. Si une des 2 branches est en défaut, il est encore possible de fonctionner sur une seule branche en mode « dégradé » lors duquel la puissance de la machine est gardée inférieure à la puissance nominale du générateur. En variante, le système électrique 26 comprend une seule branche. L’éolienne 2 possède au moins un banc de charge 36, 38 résistif connecté au générateur 18 en dérivation de chaque branche 32.

Chaque banc de charge 36, 38 permet de dissiper de l’énergie électrique produite par le générateur 18 sous forme de chaleur lorsqu’elle est connectée au générateur 18. Ceci permet de freiner le générateur 18 et donc le rotor 4 auquel le générateur 18 est couplé.

Chaque banc de charge 36, 38 comprend au moins une résistance électrique 39. Le générateur 18 et le système électrique 26 sont ici triphasés, et chaque banc de charge 36, 38 comprend un pont à trois résistances en étoile.

Chaque branche 32 comprend ici deux bancs de charge 36, 38 connectés au générateur 18 en parallèle de chaque convertisseur de puissance 34, les deux bancs de charge 36, 38 étant adaptés pour générer des puissances de freinage différentes.

Un banc de charge 36 de mise en drapeau est prévu pour assurer un freinage du rotor 4 pendant une étape de mise en drapeau de l’éolienne et un banc de charge 38 d’urgence est prévu pour assurer un freinage d’urgence du rotor 4, notamment pour dissiper l’énergie en cas de perte de la connexion de l’éolienne 2 au réseau de communication 50 et/ou au réseau électrique 28.

La résistance de banc de charge 36 de mise en drapeau et celle du banc de charge 38 de freinage d’urgence sont dimensionnées différemment. La résistance du banc de charge 38 de freinage d’urgence est dimensionnée pour produire un grand couple résistif à des vitesses de rotation plus élevées que celle du banc de charge 36 de mise en drapeau.

Le système de conversion de puissance 26 comprend des interrupteurs 40 disposés pour commander la connexion du générateur 18 sélectivement à chaque convertisseur de puissance 34 et à chaque banc de charge 36, 38.

Comme illustré sur la Figure 4, l’éolienne comprend un système électronique de pilotage 42 adapté pour commander le générateur 18, les dispositifs de commande de calage 22 et le système de conversion de puissance 26.

Le système de pilotage 42 comprend une unité électronique de commande 44 adaptée pour commander le générateur 18, les dispositifs de commande de calage 22 et le système de conversion de puissance 26 en fonction de données fournies par un dispositif de mesure de conditions de vent 46 et/ou de données provenant d’un système de supervision 48 distant communiquant avec l’unité de commande 44 par l’intermédiaire d’un réseau de communication 50.

Le dispositif de mesure de conditions de vent 46 comprend par exemple une girouette et un anémomètre. Le dispositif de mesure de conditions de vent 46 est de préférence disposé sur l’éolienne 2 ou à proximité, pour mesurer les conditions de vent locales.

Le système de supervision 48 permet à un opérateur d’envoyer des instructions au système de pilotage 42 en fonction par exemple de prévisions météorologiques.

En fonctionnement, le rotor 4 de l’éolienne 2 génère un couple aérodynamique lorsqu’il subit l’action du vent. Le couple aérodynamique généré par le rotor 4 dépend du calage des pales 14. Le rotor 4 génère en outre inévitablement une poussée aérodynamique horizontale.

Le rotor 4 de l’éolienne 2 possède par conception une configuration de calage de mise en drapeau, dans laquelle chaque pale est calée avec un angle de calage respectif de telle sorte que le rotor possède au moins une position angulaire d’équilibre stable relativement à la direction du vent.

Une position angulaire du rotor relativement à la direction du vent est une position « d’équilibre » si le couple aérodynamique qui s’exerce alors sur le rotor s’annule à cette position angulaire. De plus, cette position angulaire est dite « stable » si le rotor revient de lui-même à cette position angulaire après une petite perturbation de la position angulaire du rotor ou suite à une variation de la direction du vent.

De préférence, la position angulaire stable est unique. En outre, de préférence, la position angulaire stable correspond à un minimum de poussée aérodynamique générée par le rotor 4 pour la configuration de calage de mise en drapeau.

La Figure 5 est un graphique représentant le couple aérodynamique généré par le rotor en configuration de calage de mise en drapeau en fonction de la position angulaire du rotor 4 (trait pointillé) relativement à la direction du vent, et la poussée aérodynamique subie par le rotor 4 en configuration de calage de mise en drapeau en fonction de la position angulaire du rotor 4 (trait continu) relativement à la direction du vent. L’échelle de droite correspond au couple aérodynamique et l’échelle de gauche correspond à la poussée aérodynamique.

Une position angulaire d’équilibre stable PES correspond au passage du couple aérodynamique d’une valeur positive à une valeur négative avec la convention de signes pour les positions angulaires du rotor relativement à la direction du vent et le couple aérodynamique tels que représentés sur la Figure 5. Cette position angulaire d’équilibre stable PES correspond à la poussée aérodynamique minimale PM générée par le rotor 4 sur un tour. La position angulaire d’équilibre stable PES est ici unique.

Le rotor en configuration de calage de mise en drapeau comprend ici une position angulaire d’équilibre instable PEI qui correspond mathématiquement au passage du couple aérodynamique d’une valeur négative à une valeur positive avec la convention de signes pour les positions angulaires du rotor relativement à la direction du vent et le couple aérodynamique tels que représentés sur la Figure 5.

Un procédé possible pour déterminer une configuration de calage de mise en drapeau, par simulation informatique à partir d’un modèle numérique du rotor, comprend la mise en oeuvre itérative des étapes suivantes par un algorithme d’optimisation : (a) détermination d’une configuration de calage des pales initiale, dans laquelle chaque pale possède un angle de calage individuel ; (b) calcul du couple aérodynamique généré par le rotor pour toutes les positions angulaires du rotor (relativement à la direction du vent) pour la configuration de calage considérée ; (c) détermination des positions angulaires d’équilibre du rotor associées à la configuration de calage des pales considérées ; (d) élimination des positions angulaires d’équilibre instable ; (e) calcul des poussées aérodynamiques associées aux positions angulaires d’équilibre stable du rotor. (f) enregistrement, pour la configuration de calage considérée, de la poussée aérodynamique maximale parmi les poussées aérodynamiques calculées à l’étape (e) s’il existe plusieurs positions angulaires d’équilibre stable du rotor. L’algorithme d’optimisation réitère les étapes (a) à (e) en changeant de configuration de calage des pales à chaque itération, afin de minimiser la poussée aérodynamique calculée à l’étape (e).

Pour des raisons de sécurité et afin de répondre aux exigences des normes et des recommandations/codes de dimensionnement des éoliennes selon lesquelles des variations de direction de vent doivent être considérées, l’étape (e) peut être modifiée pour comprendre le calcul des poussées aérodynamiques associées à une plage angulaire autour de chaque position angulaire d’équilibre stable du rotor. L’amplitude de la plage de direction du vent considérée (+/-8° ; +/-20° ...) dépend de la vitesse de vent à considérer.

Un exemple de configuration de calage de mise en drapeau type pour une éolienne 2 à rotor 4 bipale telle que celle illustrée sur la Figure 1 est un angle de calage de -12° pour une pale et un angle de calage de +23 “pour l’autre pale, pour une amplitude de plage de direction de vent de +/-8°.

Dans r’exemple illustré ci-dessus, l’optimisation de la configuration de calage est effectuée en utilisant comme critère la poussée aérodynamique générée par le rotor dans la configuration de calage de mise en drapeau et à la position angulaire d’équilibre stable.

Il est possible de prendre en compte d’autres critères, et de déterminer une configuration de calage de mise en drapeau par une optimisation multicritère.

Il est par exemple possible de prendre en compte la stabilité du rotor autour de la position angulaire d’équilibre stable. Mathématiquement, la stabilité est proportionnelle à la pente du couple aérodynamique autour de la position angulaire d’équilibre stable.

Lorsque l’on prend en compte une plage angulaire de direction de vent, il est possible de considérer la minimisation de la poussée aérodynamique sur la plage angulaire de direction du vent, en prenant en compte par exemple la poussée aérodynamique moyenne sur la plage angulaire de direction du vent considérée.

Il est par exemple possible de prendre en compte les vibrations induites par le vent, ou plus précisément par des phénomènes d’échappement tourbillonnaire (ou VIV pour « Vortex Induced Vibrations >> en anglais) sur les pales 14, qui apparaissent lorsque le vent est fort et que le rotor 4 est immobile en rotation. Ces vibrations peuvent en effet générer des contraintes importantes sur les pales 14 ou le rotor 4 en général.

Ainsi, il est possible de déterminer une configuration de calage de mise en drapeau par une optimisation multicritère prenant en compte la stabilité de la position angulaire d’équilibre stable du rotor, la poussée aérodynamique générée par le rotor à la position angulaire d’équilibre stable, éventuellement en tenant compte d’une plage angulaire de direction de vent, et les vibrations induites par les phénomènes d’échappement tourbillonnaire (VIV).

Le procédé de détermination d’une configuration de calage de mise en drapeau indiqué ci-dessus est donné uniquement à titre d’exemple. D’autres procédés sont envisageables.

Le système de pilotage 42 est configuré pour mettre en œuvre un procédé de production d’énergie, mis en œuvre dans des conditions de vent permettant une production d’énergie, et un procédé de mise à l’arrêt de l’éolienne, mis en œuvre par exemple dans des conditions de vent fort, par exemple en cas d’instructions envoyées par un opérateur via le système de supervision, ou en cas de perte de connexion à distance avec le système de supervision 48 et/ou avec le réseau électrique 28.

Dans le procédé de production d’énergie, le système de pilotage 42 est configuré pour piloter l’éolienne 2 en fonction des données provenant du dispositif de mesure de conditions de vent 46 et/ou des données provenant du système de supervision 48. Le système de pilotage 42 commande le système de commande de calage 22 et/ou le générateur 18 pour générer de l’électricité.

Le procédé de mise à l’arrêt comprend une étape d’arrêt du rotor en rotation, puis une étape de mise en drapeau du rotor.

Dans l’étape d’arrêt, le système de pilotage 42 commande le système de calage de manière à caler les pales 14 dans une configuration de freinage aérodynamique, dans laquelle chaque pale 14 est orientée de manière à former un aérofrein, c’est-à-dire de manière à générer un couple aérodynamique très faible, voire même résistant, de sorte qu’une fois les pertes mécaniques du système de guidage du rotor en rotation et du système de conversion de puissance 29 intégrées, le couple mécanique résultant freine le rotor 4.

Par ailleurs, de préférence, le système de pilotage 42 connecte les interrupteurs 40 pour déconnecter le générateur 18 du convertisseur de puissance 34 de chaque branche 32.

En variante ou en option, le système de pilotage 42 commande le système électrique 46 pour connecter le générateur 18 au banc de charge 38 de freinage d’urgence pour freiner le rotor 4. Cette connexion est mise en œuvre par exemple en cas de perte de la connexion au réseau électrique 28.

Dans l’étape de mise en drapeau du rotor 4, le système de pilotage 42 commande le système de commande de calage 22 pour placer les pales 14 dans la configuration de calage de mise en drapeau.

De préférence, le système de commande de calage 22 commande le passage des pales 14 en configuration de calage de mise en drapeau lorsque le rotor 4 est proche de la position angulaire d’équilibre stable.

Alternativement, si cela n’est pas le cas, le rotor 4, de par les positions de calage des pales de mise en drapeau, se positionne seul et de manière passive dans sa position angulaire d’équilibre stable sous l’effet du vent.

De préférence, le système de commande de calage 22 commande le passage des pales 14 en configuration de calage de mise en drapeau lorsque le rotor 4 tourne à une vitesse de rotation inférieure à un seuil de mise en drapeau.

Dans l’étape de mise en drapeau du rotor 4, le rotor 4 est laissé libre de tourner de manière à pouvoir s’orienter par rapport à la direction du vent. En cas de rotation du rotor 4 ou de changement de direction du vent, le rotor 4 tend à retourner de lui-même à la position angulaire d’équilibre stable par rapport à la direction du vent. Le rotor 4 retourne à sa position angulaire d’équilibre stable par rapport à la direction du vent de manière passive et autonome.

Dans l’étape de mise en drapeau du rotor 4, le système de pilotage 42 commande le système électrique 26 pour connecter le générateur 18 à un banc de charge résistif 36 de mise en drapeau.

Le banc de charge 36 de mise en drapeau autorise la rotation du rotor 4, mais freine le rotor 4 lorsque celui-ci se met à tourner. Le générateur 18 convertit l’énergie cinétique de rotation du rotor 4 en énergie électrique, et chaque banc de charge 36 connecté au générateur 18 dissipe l’énergie électrique produite par le générateur 18 du fait de la rotation du rotor 4 et empêche ainsi que le rotor 4 ne prenne de la vitesse en rotation.

Ainsi, le rotor 4 tourne lentement pour retourner à sa position angulaire d’équilibre stable. La configuration de calage de mise en drapeau permet de maintenir le rotor 4 dans une position angulaire d’équilibre stable par rapport à la direction du vent, la position angulaire d’équilibre stable limitant les efforts générés (notamment la poussée aérodynamique) par le rotor 4 et l’éolienne 2, sans avoir à prévoir un système de freinage à friction puissant ou un système de verrouillage pour bloquer le rotor 4 en rotation. Le freinage résistif du rotor 4 pendant la mise à l’arrêt de l’éolienne permet de maintenir la stabilité du rotor 4 de manière totalement passive.

Le fait de laisser la possibilité au rotor 4 de tourner pendant la mise à l’arrêt permet de laisser le rotor 4 s’orienter de lui-même par rapport à la direction de vent lorsque celle-ci change, ce qui consécutivement permet de diminuer les efforts induits par le rotor 4 sur la structure de support 6. L’éolienne 2 est maintenue à l’arrêt de manière autonome et totalement passive, sans qu’il soit nécessaire d’intervenir extérieurement. En particulier, la mise à l’arrêt de l’éolienne 2 peut être déclenchée en cas de perte de connexion avec le système de supervision 48 et/ou de perte du raccordement au réseau électrique 28. Ainsi, le procédé de mise en drapeau permet à l’éolienne 2 de se maintenir à l’arrêt de manière autonome et totalement passive, y compris en cas de perte de communication avec le système de supervision 48 distant et/ou de perte du raccordement au réseau électrique 28. Le procédé de mise en drapeau est simple à mettre en œuvre, fiable et peu onéreux.

Pour permettre de mettre le pales en configuration de calage de freinage et en configuration de calage de mise en drapeau, en particulier en cas de perte de connexion au réseau électrique 28, il est possible, dans un mode de mise en œuvre, d’utiliser de l’énergie stockée dans un dispositif de stockage d’énergie électrique ou mécanique disposé sur l’éolienne 2 pour fournir de l’énergie à un dispositif de commande de calage 22.

Sur la Figure 2, un dispositif de stockage d’énergie 52, par exemple une batterie ou un accumulateur de pression, est agencé pour alimenter en énergie un dispositif de commande de calage 22, selon par exemple que le dispositif de commande de calage 22 possède un actionneur électrique ou hydraulique.

En variante ou en option, pour mettre le pales en configuration de calage de mise en drapeau, il est possible de prévoir sur l’éolienne des dispositifs de commande de calage auxiliaires à sûreté intégrée, qui sont commandés par le système de pilotage 42, par exemple en cas de perte de connexion avec le système de supervision 48 et/ou de perte du raccordement au réseau électrique 28, et prévu pour caler chaque pale 14 avec son angle de calage respectif de la configuration de calage de mise en drapeau.

Un dispositif de commande de calage auxiliaire à sûreté intégrée comprend par exemple un ressort qui est maintenu précontraint en fonctionnement normal, de sorte que le dispositif de commande de calage auxiliaire n’agit pas sur la pale, et qui est libéré en cas de commande de mise en drapeau, pour caler la pale dans la configuration de mise en drapeau. L’utilisation d’un dispositif de stockage d’énergie est préférée à l’utilisation d’un dispositif de commande de calage auxiliaire à sûreté intégrée, car le dispositif de stockage d’énergie permet de disposer d’une réserve d’énergie pour piloter le calage des pales successivement en configuration de freinage aérodynamique puis en configuration de mise en drapeau.

Le procédé de mise à l’arrêt et l’éolienne ne sont pas limités aux modes de réalisation décrit. Des variantes sont envisageables.

Pour réaliser la dissipation d’énergie pendant la mise en drapeau, il est possible de mettre le générateur 18 en court-circuit, en court-circuitant les bobinages de son stator, sans prévoir de banc de charge distinct du générateur 18. Ainsi, le banc de charge résistif 36 de mise en drapeau est optionnel et peut être omis.

Cependant, l’utilisation d’un banc de charge 36 distinct du générateur 18 permet de prévoir un banc de charge 36 dont la résistance est spécialement dimensionnée pour la dissipation d’énergie pendant la mise en drapeau. En outre, l’utilisation d’un banc de charge 36 distinct du générateur 18 permet de refroidir le banc de charge 36 plus facilement, par exemple à l’aide d’un système de refroidissement de type aéroréfrigérant, sans risque de surchauffe du générateur 18 qui est un composant plus critique. Ces remarques s’appliquent également au banc de charge 38 de freinage d’urgence.

Le banc de charge de freinage d’urgence est optionnel et peut être omis. Il peut être remplacé ou complété par un dispositif de freinage à friction agissant sur le rotor.

Par ailleurs, plusieurs éoliennes peuvent être portées par une même structure de support, en particulier une structure de support flottante. Dans ce cas, il est possible de déterminer des configurations de calage des éoliennes permettant de minimiser la poussée aérodynamique totale exercée par l’ensemble des éoliennes sur la structure de support.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. - Procédé de mise à l’arrêt d’une éolienne (2) à axe vertical comprenant un rotor (4) possédant des pales (14) à calage variable, comprenant une étape de mise en drapeau du rotor comprenant le calage des pales (14) selon une configuration de calage dans laquelle chaque pale (14) a un angle de calage respectif et dans laquelle le rotor (4) possède une unique position angulaire d’équilibre stable relativement à la direction du vent, en laissant le rotor (4) libre de tourner pour s’orienter par rapport à la direction du vent.
2. 2. - Procédé de mise en drapeau selon la revendication 1, l’étape de mise en drapeau comprenant le freinage du rotor (4) par conversion de l’énergie cinétique de rotation du rotor en énergie électrique et la dissipation de l’énergie électrique.
3. 3. - Procédé de mise en drapeau selon la revendication 1 ou la revendication 2, l’étape de mise en drapeau comprenant le freinage du rotor (4) par mise en court-circuit d’un générateur (18) électrique couplé au rotor.
4. 4. - Procédé de mise en drapeau selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’étape de mise en drapeau comprenant le freinage du rotor (4) par connexion d’un générateur (18) électrique couplé au rotor (4) à au moins un banc de charge (36).
5. 5. - Procédé de mise en drapeau selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la position angulaire d’équilibre stable du rotor (4) relativement à la direction du vent correspond à un minimum de poussée aérodynamique du rotor induite sur une structure de support de l’éolienne à axe vertical par le rotor (4) ou par un ensemble de rotors tous portés par la même structure de support.
6. 6. - Procédé de mise en drapeau selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, préalablement à l’étape de mise en drapeau, une étape de freinage aérodynamique du rotor (4) comprenant le calage des pales (18) selon une configuration de calage telle que les pales (18) fonctionnent comme des aérofreins.
7. 7. - Procédé de mise en drapeau selon la revendication 6, dans lequel les angles de calage des pales (14) sont sensiblement identiques dans la configuration de calage de freinage aérodynamique.
8. 8. - Procédé de mise en drapeau selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant l’utilisation de l’énergie stockée dans un dispositif de stockage d’énergie (52) prévu sur l’éolienne pour déplacer les pales en configuration de calage de mise en drapeau.
9. 9. - Procédé de mise en drapeau selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant le calage de chaque pale dans la configuration de calage de mise en drapeau par activation d’un dispositif de commande de calage à sûreté intégrée.
10. 10. - Eolienne à axe vertical comprenant un rotor (4) possédant des pales (14) à calage variable et des dispositifs de commande de calage (24) des pales permettant de caler chaque pale (14) individuellement, un générateur (18) électrique couplé au rotor pour convertir la rotation du rotor en énergie électrique, et un système électronique de pilotage (42) pour commander les dispositifs de commande de calage (24) du rotor (4), le système de pilotage (42) étant programmé pour la mise en œuvre d’un procédé de mise à l’arrêt d’une d’éolienne à axe vertical comprenant une étape de mise en drapeau du rotor (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes.