FR3052814B1 - CABLE ENERGY RECOVERY METHOD AND DEVICE - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à un procédé (100) de récupération d'énergie d'un courant de fluide (F1) comprenant les étapes consistant à disposer (104) au moins un câble (12) flexible dans le courant de telle sorte que la distance (L2) entre les deux extrémités (14, 16) du câble (12) soit inférieure à la longueur (L1) du câble (12), au moins un dispositif de conversion d'énergie (18) étant relié au câble (12), laisser (106) le câble (12) se tendre sous l'effet du courant (F1), laisser (108) se créer des vibrations (F2) du câble (12) induites par vortex, et convertir (110) l'énergie des vibrations (F2) du câble (12) au moyen du dispositif de conversion d'énergie (18).The invention relates to a method (100) for recovering energy from a fluid stream (F1) comprising disposing (104) at least one flexible cable (12) in the stream such that the distance (L2) between the two ends (14, 16) of the cable (12) is less than the length (L1) of the cable (12), at least one energy conversion device (18) being connected to the cable (12). ), allowing (106) the cable (12) to tension under the effect of the current (F1), allow (108) to create vortex-induced vibrations (F2) of the cable (12), and to convert (110) the vibration energy (F2) of the cable (12) by means of the energy conversion device (18).
Description
PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE RÉCUPÉRATION D’ÉNERGIE À CÂBLE L’invention concerne un procédé et un dispositif de récupération d’énergie à câble,pour récupérer de l’énergie d’un écoulement d’un fluide.The invention relates to a cable energy recovery method and device for recovering energy from a flow of a fluid.
Dans le domaine des énergies renouvelables, de nombreux dispositifs ont étéproposés pour récupérer de l’énergie d’un écoulement de fluide naturel. On peut ainsimentionner les éoliennes pour récupérer de l’énergie du vent.In the field of renewable energies, many devices have been proposed to recover energy from a natural fluid flow. Wind turbines can be used to recover wind energy.
Des dispositifs comme des turbines ou des hydroliennes permettent de récupérer del’énergie d’un flux de liquide, comme un courant marin, par exemple. Ces dispositifsnécessitent cependant un fond important. En outre ils ont un impact nuisible sur la faunemarine.Devices such as turbines or turbines can recover the energy of a liquid flow, such as a marine current, for example. These devices, however, require an important background. In addition they have a harmful impact on faunemarine.
Par ailleurs, la demande internationale WO-A-2006/055393 décrit un convertisseurpour la production d'énergie utilisable à partir du mouvement d’un fluide. Le convertisseurcomprend une structure de support, au moins un élément mobile immergé dans le fluide etsupporté extérieurement sur la structure de support de telle sorte que l'élément mobile peutse déplacer par rapport à la structure en réponse aux vortex induits par le courant de fluideau voisinage de l’élément mobile, et au moins un dispositif d'alimentation en appui sur lastructure de support et couplé à l'élément mobile. Le dispositif d'alimentation convertit lemouvement de l'élément mobile en énergie utilisable. Selon ce document, l’élément mobilepeut notamment être un cylindre, rigide ou élastique.Furthermore, the international application WO-A-2006/055393 describes a converter for the production of usable energy from the movement of a fluid. The converter comprises a support structure, at least one movable element immersed in the fluid andsupported externally on the support structure so that the movable element can move relative to the structure in response to the vortexes induced by the fluid flow adjacent to the the movable member, and at least one feeder resting on the support structure and coupled to the movable member. The power device converts the movement of the movable element into usable energy. According to this document, the movable element may in particular be a cylinder, rigid or elastic.
Enfin, la demande internationale WO-A-2008/147545 décrit un perfectionnement audispositif de la demande internationale WO-A-2006/055393, consistant à ajouter desrugosités à la surface du corps en mouvement relatif par rapport au courant, ceci afind’accroître les vortex créés par le courant et, ainsi, l’amplitude des oscillations du corps pourune vitesse de courant donnée.Finally, the international application WO-A-2008/147545 describes an auditive improvement of the international application WO-A-2006/055393, consisting in addingrugosities to the surface of the body in relative movement with respect to the current, so as to increase the vortices created by the current and, thus, the amplitude of the body oscillations for a given current velocity.
Les dispositifs décrits dans WO-A-2006/055393 et WO-A-2008/147545 ont unimpact réduit sur l’environnement qui les entoure. Cependant, l’efficacité de ces dispositifsdépend fortement de la vitesse du courant dans lequel ils sont plongés. Or, ces courantspeuvent être variables sur une journée, sur un mois, sur une année et ainsi limiter les périodesde production d’énergie et/ou la quantité d’énergie produite par ces dispositifs. L’invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif de récupérationd’énergie ne présentant pas les inconvénients des procédés et dispositifs connus.The devices disclosed in WO-A-2006/055393 and WO-A-2008/147545 have a reduced impact on the surrounding environment. However, the effectiveness of these devices strongly depends on the speed of the current in which they are immersed. However, these currents can be variable over a day, a month, a year and thus limit the periods of energy production and / or the amount of energy produced by these devices. The invention aims to provide a method and an energy recovery device does not have the disadvantages of known methods and devices.
Notamment, l’invention vise à fournir un procédé et un dispositif plus robustes auxvariations possibles du courant. A cet effet, l’invention propose un procédé de récupération d’énergie d’un courantde fluide comprenant les étapes consistant à : - Disposer au moins un câble flexible dans le courant de telle sorte que la distanceentre les deux extrémités du câble soit inférieure à la longueur du câble, au moinsun dispositif de conversion d’énergie étant relié au câble, - Laisser le câble se tendre sous l’effet du courant, - Laisser se créer des vibrations du câble induites par vortex, - Convertir l’énergie des vibrations du câble au moyen du dispositif de conversiond’énergie.In particular, the invention aims to provide a method and a more robust device to the variations of the current. For this purpose, the invention provides a method for recovering energy from a fluid stream comprising the steps of: - arranging at least one flexible cable in the stream such that the distance between the two ends of the cable is less than the length of the cable, at least one energy converting device being connected to the cable, - allowing the cable to stretch under the effect of the current, - allowing vortex-induced vibrations of the cable to be created, - converting the energy of the vibrations of the cable by means of the energy conversion device.
Ainsi, en effet, il a été constaté qu’il était possible de conserver un bon rendement deproduction d’énergie sur une plus large plage de vitesse de courant qu’en mettant en œuvreles procédés connus de l’art antérieur.Thus, in fact, it has been found that it was possible to maintain a good energy production efficiency over a wider range of current velocities than by using the methods known from the prior art.
Selon des modes de réalisation préférés, le procédé de récupération d’énergie peutinclure une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :le câble est à flottabilité nulle ; le câble est fixé à l’horizontale ou à la verticale dans le courant ; le câble est fixé à au moins une de ses extrémités, de préférence à chacune de sesextrémités, à un dispositif de récupération d’énergie ; le câble est de section transversale polygonale, notamment carrée, ou ovale,notamment circulaire ; le câble est de section transversale pleine, creuse ou telle que l’âme du câble estréalisée en un matériau différent de l’enveloppe du câble, l’enveloppe étantnotamment réalisée en un matériau plus dense que l’âme ; le câble est en polystyrène ; le câble est un matériau de densité supérieure à celle du fluide dans lequel il estplongé, le câble étant relié à au moins un flotteur, de préférence à une pluralitéde flotteurs équirépartis sur la longueur du câble ; à l’étape de conversion de l’énergie des vibrations du câble, l’énergie desvibrations du câble est convertie en énergie potentielle, en énergie mécanique,notamment d’un fluide, et/ou en énergie électrique ; et le câble, notamment le diamètre du câble, est tel qu’une fréquence propre ducâble, de préférence l’une parmi les dix premières fréquences propres du câble,soit sensiblement égale à la fréquence de Strouhal correspondant à une vitessemoyenne ou médiane du courant.According to preferred embodiments, the energy recovery method may include one or more of the following features, taken alone or in combination: the cable is zero buoyant; the cable is fixed horizontally or vertically in the current; the cable is fixed at at least one of its ends, preferably at each of its extremities, to an energy recovery device; the cable is of polygonal cross section, in particular square, or oval, in particular circular; the cable is of solid cross section, hollow or such that the core of the cable is made of a material different from the envelope of the cable, the envelope beingnotamment made of a material denser than the core; the cable is polystyrene; the cable is a material of higher density than the fluid in which it is plunged, the cable being connected to at least one float, preferably to a pluralityof equidistant floats along the length of the cable; in the step of converting the energy of the vibrations of the cable, the energy of the vibrations of the cable is converted into potential energy, mechanical energy, in particular a fluid, and / or electrical energy; and the cable, in particular the cable diameter, is such that a ducchable natural frequency, preferably one of the first ten eigenfrequencies of the cable, is substantially equal to the Strouhal frequency corresponding to an average or median current velocity.
Selon un autre aspect, l’invention se rapporte à un dispositif de récupérationd’énergie d’un courant de fluide, le dispositif comprenant au moins un câble flexible destinéà être fixé dans le courant de fluide de telle sorte que la distance entre les deux extrémitésdu câble soit inférieure à la longueur du câble, et au moins un dispositif de conversiond’énergie relié fonctionnellement au câble, de préférence à une extrémité du câble, pourconvertir l’énergie des vibrations du câbles induites par vortex.According to another aspect, the invention relates to a device for recovering energy from a fluid stream, the device comprising at least one flexible cable intended to be fixed in the fluid stream so that the distance between the two ends of the fluid cable is less than the length of the cable, and at least one energy conversion device operatively connected to the cable, preferably at one end of the cable, forconverting the energy of vortex-induced cable vibrations.
Selon des modes de réalisation préférés, le dispositif de récupération d’énergie peutprésenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :le câble est à flottabilité nulle dans le fluide ; le câble est fixé à la verticale dans le courant de fluide ; le dispositif de récupération d’énergie comprend deux dispositifs de récupérationd’énergie, chacun étant de préférence relié fonctionnellement à une extrémitérespective du câble ; le câble est en polystyrène et/ou creux, éventuellement rempli d’un matériau plusléger que l’enveloppe du câble, et/ou fixé à au moins un flotteur, de préférence àune pluralité de flotteurs, de préférence encore à une pluralité de flotteurséquirépartis sur la longueur du câble ; le dispositif de conversion d’énergie est l’un parmi un dispositif de conversiond’énergie mécanique en énergie électrique, notamment du type électro-actif ouélectromagnétique, et un dispositif de conversion d’énergie mécanique en énergiemécanique ou en énergie potentielle, notamment du type pompe, ou unecombinaison de ceux-ci ; le dispositif de récupération d’énergie comprend une pluralité de câbles,notamment 10 câbles, de préférence 100 câbles, de préférence encore 1000câbles ; la longueur du câble ou de chaque câble est supérieure à 10 m, de préférencesupérieure à 100 m ; et le câble est à section transversale polygonale, notamment carrée, ou ovale, notamment circulaire. L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre,description faite en référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 représente un dispositif de récupération d’énergie placé dans un courantde fluide ; - la figure 2 représente le dispositif de la figure 1, soumis à des vibrations induitespar vortex ; - la figure 3 est un ordinogramme d’un procédé de récupération d’énergie qui peutêtre mis en œuvre au moyen du dispositif des figures 1 et 2 ; et - la figure 4 représente le rendement du dispositif de la figure 1 et d’un dispositiftel que décrit dans la demande WO-A-2006/055393 en fonction de la vitesse ducourant.According to preferred embodiments, the energy recovery device may have one or more of the following characteristics, taken alone or in combination: the cable has zero buoyancy in the fluid; the cable is fixed vertically in the fluid stream; the energy recovery device comprises two energy recovery devices, each of which is preferably operatively connected to a specific end of the cable; the cable is made of polystyrene and / or hollow, optionally filled with a lighter material than the envelope of the cable, and / or fixed to at least one float, preferably to a plurality of floats, more preferably to a plurality of floatsequidistributed on the length of the cable; the energy conversion device is one of a device for converting mechanical energy into electrical energy, in particular of the electroactive or electromagnetic type, and a device for converting mechanical energy into mechanical energy or potential energy, in particular of the type pump, or a combination thereof; the energy recovery device comprises a plurality of cables, especially 10 cables, preferably 100 cables, more preferably 1000cables; the length of the cable or each cable is greater than 10 m, preferably greater than 100 m; and the cable is of polygonal cross section, in particular square, or oval, in particular circular. The invention will be better understood in the light of the description which follows, description made with reference to the accompanying drawings, among which: - Figure 1 shows a device for energy recovery placed in a fluid stream; FIG. 2 represents the device of FIG. 1, subjected to vortex induced vibrations; FIG. 3 is a flow diagram of an energy recovery method that can be implemented by means of the device of FIGS. 1 and 2; and FIG. 4 represents the efficiency of the device of FIG. 1 and of a device as described in patent application WO-A-2006/055393 as a function of the current speed.
La figure 1 représente un exemple de dispositif 10 de récupération d’énergie d’uncourant de fluide, notamment d’un liquide. Le liquide peut notamment être de l’eau de merou l’eau d’une rivière ou d’un fleuve.FIG. 1 represents an example of a device 10 for recovering energy from a fluid current, in particular a liquid. The liquid may especially be seawater or water from a river or river.
Le dispositif 10 comporte essentiellement un câble 12 de longueur Li, fixé à ses deuxextrémités 14, 16 dans un courant de fluide Fi, la distance L2 entre les extrémités 14, 16 ducâble 12 étant inférieure à la longueur Li du câble 12.The device 10 essentially comprises a cable 12 of length Li, fixed at its two ends 14, 16 in a flow of fluid F1, the distance L2 between the ends 14, 16 ducable 12 being less than the length Li of the cable 12.
Par câble, on entend ici un solide flexible, de forme préférée cylindrique, présentantune grande longueur par rapport à son diamètre. Le diamètre s’entend ici, de manièregénérale, comme la plus grande longueur mesurée dans la section transversale. La longueurdu câble est par exemple 100 fois plus grande que son diamètre, de préférence 1000 fois plusgrande, de préférence encore 10 000 fois plus grande. Le câble est flexible, c'est-à-dire quesa rigidité en flexion est très inférieure à sa rigidité en tension. Par exemple, la rigidité enflexion du câble est 10 fois inférieure à sa rigidité en tension, de préférence inférieure à 100fois, de préférence encore inférieure à 1000 fois.By cable is meant here a flexible solid, of preferred cylindrical shape, having a great length relative to its diameter. The diameter here refers generally to the greatest length measured in the cross-section. The length of the cable is for example 100 times larger than its diameter, preferably 1000 times larger, more preferably 10,000 times larger. The cable is flexible, that is, its flexural rigidity is much lower than its tensile rigidity. For example, the rigidity of the cable is 10 times less than its tensile strength, preferably less than 100 times, more preferably less than 1000 times.
De préférence, la distance L2 entre les extrémités 14, 16 du câble est telle que lerapport a = — est supérieur à 75 %, de préférence à 85% et/ou inférieur à 99 %. î-iPreferably, the distance L2 between the ends 14, 16 of the cable is such that the ratio a = - is greater than 75%, preferably 85% and / or less than 99%. î-i
Le câble 12 est de préférence inextensible. Par inextensible, on entend ici que, sousl’effet du courant dans lequel il est plongé, la longueur Li du câble ne varie pas de plus de5 %, de préférence de plus de 2 %, de préférence encore de plus de 1% par rapport à salongueur à vide. Par « ne varie pas de plus de n % », on entend ici que la longueur du câble mis sous tension par le courant est comprise entre [l-n/100] fois la longueur à vide du câbleet [l+n/100] fois la longueur du câble à vide. Par longueur à vide du câble, on entend lalongueur du câble 12 non plongé dans le courant et ne supportant pas de charge autre queson poids propre et la réaction du support sur lequel il est alors posé. De préférence encore,la longueur L du câble ne varie pas sous l’effet du courant, par rapport à sa longueur à vide.The cable 12 is preferably inextensible. By inextensible is meant here that, under the effect of the current in which it is immersed, the length Li of the cable does not vary by more than 5%, preferably by more than 2%, more preferably by more than 1% relative to to vacuum slugger. By "does not vary by more than n%", it is meant here that the length of the cable energized by the current is between [ln / 100] times the empty length of the cable and [l + n / 100] times the length of the empty cable. The length of the cable when the cable is empty means the length of the cable 12 not immersed in the current and not carrying any load other than its own weight and the reaction of the support on which it is then placed. More preferably, the length L of the cable does not vary under the effect of the current, with respect to its empty length.
Le câble 12 peut être en polystyrène. En variante ou au surplus, le câble 12 peut êtreplein ou creux. Quand il est creux, le creux peut être rempli par un matériau plus dense ou,au contraire, moins dense que l’enveloppe du câble 12 entourant le creux. Le creux peut êtrecomblé par une âme monobloc en un matériau différent de l’enveloppe du câble, l’enveloppeétant notamment réalisée en un matériau plus dense que l’âme du câble 12. En variante ouau surplus, le câble 12 peut être fixé à au moins un flotteur, de préférence à une pluralité deflotteurs, de préférence encore à une pluralité de flotteurs équirépartis sur la longueur ducâble. Dans tous les cas, on préfère que la flottabilité du câble soit nulle dans le courant defluide dans lequel il est plongé. En d’autres termes, la densité du câble est de préférencesensiblement égale à la densité du fluide dans lequel il est plongé. Par conséquent, la densitédu câble 12 est de préférence supérieure à 0,9, de préférence 0,95, fois la densité du fluidedans lequel il est plongé, et/ou inférieure à 1,1, de préférence 1,05, fois la densité du fluidedans lequel le câble 12 est plongé.The cable 12 may be polystyrene. Alternatively or in addition, the cable 12 can bepleple or hollow. When it is hollow, the hollow may be filled with a denser material or, on the contrary, less dense than the envelope of the cable 12 surrounding the hollow. The hollow may becomposed by a one-piece core of a material different from the cable casing, the casing being in particular made of a material denser than the core of the cable 12. Alternatively or additionally, the cable 12 may be attached to at least one float, preferably at a plurality of floats, more preferably at a plurality of equidistributed floats over the ducchable length. In all cases, it is preferred that the buoyancy of the cable is zero in the flow stream in which it is immersed. In other words, the cable density is preferentially equal to the density of the fluid in which it is immersed. Therefore, the density of the cable 12 is preferably greater than 0.9, preferably 0.95, times the density of the fluid in which it is immersed, and / or less than 1.1, preferably 1.05 times the density. fluid in which the cable 12 is immersed.
Par ailleurs la section transversale du câble 12 peut notamment être ovale, enparticulier circulaire. Cependant, en variante, la section transversale du câble 12 estpolygonale, notamment carrée. Dans ce dernier cas, le diamètre du câble 12 s’entend de lalongueur d’une diagonale de la section carrée.Furthermore, the cross section of the cable 12 may in particular be oval, in particular circular. However, alternatively, the cross section of the cable 12 is polygonal, especially square. In the latter case, the diameter of the cable 12 is the length of a diagonal of the square section.
Tel qu’illustré à la figure 2, le câble 12 est relié fonctionnellement, par exemple fixé,à un dispositif de conversion d’énergie 18, lui-même fixé à un support 20. Le dispositif deconversion d’énergie 18 permet ici de convertir l’énergie des oscillations du câble 12,notamment dans un plan (x, z) normal à la direction y du courant de fluide Fi et plusparticulièrement dans une direction z sensiblement verticale, en une énergie réutilisable. Ledispositif de conversion d’énergie 18 peut permettre de convertir l’énergie mécanique ducâble oscillant en l’une ou plusieurs des énergies suivantes : énergie potentielle, par exemple sous forme d’eau pompée et conservée dans unréservoir ; en énergie mécanique, notamment sous forme d’un fluide mis en mouvement et/ou sous pression, et/ou en énergie électrique.As illustrated in FIG. 2, the cable 12 is functionally connected, for example fixed, to an energy conversion device 18, itself fixed to a support 20. The energy conversion device 18 makes it possible here to convert the energy of the oscillations of the cable 12, in particular in a plane (x, z) normal to the y direction of the fluid stream F1 and more particularly in a substantially vertical direction z, in a reusable energy. The energy conversion device 18 can convert the oscillating ductile mechanical energy into one or more of the following energies: potential energy, for example in the form of water pumped and stored in a reservoir; mechanical energy, especially in the form of a fluid set in motion and / or under pressure, and / or in electrical energy.
Le dispositif de conversion d’énergie peut ainsi comporter, de préférence consisteren l’un parmi : - un dispositif de conversion d’énergie mécanique en énergie électrique,notamment du type électro-actif ou électromagnétique, - un dispositif de conversion d’énergie mécanique en énergie mécanique oupotentielle, notamment du type pompe, ou - une combinaison de ceux-ci.The energy conversion device may thus comprise, preferably, one of: a device for converting mechanical energy into electrical energy, in particular of the electro-active or electromagnetic type, a device for converting mechanical energy in orpotential mechanical energy, particularly of the pump type, or a combination thereof.
Sur la figure 2, le câble 12 est relié fonctionnellement à un dispositif de conversiond’énergie 18, à une de ses extrémités. Le câble 12 peut cependant être relié fonctionnellementà plus d’un dispositif de conversion d’énergie, notamment à deux dispositifs de conversiond’énergie. Le ou les dispositifs de conversion d’énergie peuvent ne pas être fixés à une ouaux extrémités du câble 12. Cependant, une configuration qui apparaît particulièrementavantageuse consiste à fixer un dispositif de conversion d’énergie 18 à chacune desextrémités 14, 16 du câble 12.In FIG. 2, the cable 12 is operatively connected to an energy converting device 18 at one of its ends. The cable 12 may, however, be operatively connected to more than one energy conversion device, including two energy conversion devices. The energy converting device (s) may not be attached to one end of the cable 12. However, a particularly advantageous configuration is to attach an energy converting device 18 to each end 14, 16 of the cable 12.
En outre, la figure 1 illustre un câble fixé à l’horizontale dans un courant de fluideFi. Cependant, cette configuration n’est qu’une parmi d’autres, qui présente cependantl’avantage de pouvoir être mise en œuvre dans des milieux naturels peu profonds. Envariante, il est possible de fixer le câble 12 à la verticale dans le courant. Cela estparticulièrement intéressant lorsque le câble est mis en place dans un milieu naturel trèsprofond et/ou pour en limiter l’encombrement. On notera ici que par « fixer le câble dans lecourant de fluide », on entend le solidariser à un support immobile ou sensiblement immobilesous l’effet du courant de fluide Fi afin que le câble 12 ne soit pas entraîné par le courant defluide Fi. Par sensiblement immobile, on entend que le support présente une vitesse dedéplacement inférieure à 10 % de la vitesse du courant de fluide Fi, de préférence inférieureà 5%. Ainsi, le câble peut être fixé au milieu naturel, au niveau d’au moins une de sesextrémités 14, 16 ou via le ou les dispositifs de conversion d’énergie. En variante, le câble12 peut être solidarisé à un bateau, par exemple un bateau à l’arrêt, ou à une plate-forme,notamment une plate-forme pétrolière.In addition, FIG. 1 illustrates a cable fastened horizontally in a fluid stream F1. However, this configuration is only one of many, but it has the advantage of being able to be implemented in shallow natural environments. Envariante, it is possible to fix the cable 12 vertically in the current. This is particularly interesting when the cable is set up in a very deep natural environment and / or to limit its size. It will be noted here that by "fixing the cable in the fluid current", it is meant to secure it to a stationary support or substantially immobile under the effect of the fluid flow Fi so that the cable 12 is not driven by the fluids flow Fi. By substantially stationary means that the support has a displacement speed less than 10% of the speed of the fluid flow Fi, preferably less than 5%. Thus, the cable can be attached to the natural environment at at least one of its ends 14, 16 or via the energy conversion device or devices. Alternatively, the cable 12 may be secured to a boat, for example a stationary boat, or a platform, including a platform oil.
La figure 1 illustre encore un dispositif de récupération d’énergie ne comportantqu’un câble 12. Bien entendu, le dispositif de récupération d’énergie 10 peut comporter plus d’un câble 12, notamment dix câbles ou plus, de préférence 100 câbles ou plus, de préférenceencore 1000 câbles ou plus. La longueur du câble 12 ou de chaque câble 12 peut êtresupérieure à 1 m, de préférence supérieure à 10 m, de préférence encore supérieure à 100 m,et/ou, de manière préférée, inférieure à 1 km. En effet, le rendement du dispositif étantrelativement faible, il est intéressant pour récupérer des quantités d’énergie substantielles detravailler avec plusieurs câbles et/ou un ou plusieurs câbles de grande longueur.FIG. 1 further illustrates an energy recovery device comprising only a cable 12. Naturally, the energy recovery device 10 may comprise more than one cable 12, in particular ten or more cables, preferably 100 cables or plus, preferablymore than 1000 cables or more. The length of the cable 12 or of each cable 12 may be greater than 1 m, preferably greater than 10 m, more preferably greater than 100 m, and / or preferably less than 1 km. Indeed, the efficiency of the etantrelatively weak device, it is interesting to recover substantial amounts of energy to work with several cables and / or one or more cables of great length.
Le dispositif 10 illustré aux figures 1 et 2, permet de mettre en œuvre un procédé derécupération d’énergie 100 tel qu’illustré par l’ordinogramme de la figure 3.The device 10 illustrated in FIGS. 1 and 2 makes it possible to implement a method of recovering energy 100 as illustrated by the flowchart of FIG. 3.
Le procédé 100 comprend ici une première étape 102 de choix du câble 12 enfonction du lieu où celui-ci est destiné à être mis en place.The method 100 here comprises a first step 102 of choice of the cable 12 in the place where it is intended to be put in place.
Ainsi, le câble 12 peut tout d’abord être choisi de telle sorte que sa densité soitsensiblement égale à celle du fluide dans lequel il est destiné à être plongée. En effet, ainsi,le câble 12 est mis sous tension sous le seul effet du courant de fluide Fi, à l’exclusion dupoids du câble 12 qui est compensé par la poussée d’Archimède. Cette configuration apparaîtcomme particulièrement avantageuse car elle permet une meilleure adaptation de lafréquence propre du câble aux variations du courant de fluide.Thus, the cable 12 may first be chosen such that its density is substantially equal to that of the fluid in which it is intended to be immersed. Indeed, thus, the cable 12 is energized under the sole effect of the fluid flow Fi, excluding the weight of the cable 12 which is compensated by the thrust Archimedes. This configuration appears particularly advantageous because it allows a better adaptation of the natural frequency of the cable to variations in the fluid flow.
Le câble 12 peut également être choisi en fonction d’un courant moyen ou médian àl’endroit où le câble 12 est destiné à être plongé. En effet, comme la courbe C2 de la figure4 le montre, le rendement du dispositif 10 présente, pour un câble 12 donné, un maximumη2 pour une certaine valeur Uo de la vitesse du courant dans lequel il est plongé. A cettevitesse Uo du courant Fl, l’efficacité de l’extraction d’énergie est maximisée. Il est doncintéressant que ce maximum corresponde au courant présent le plus souvent ou le pluslongtemps à l’endroit où le câble 12 est placé.The cable 12 may also be chosen according to a mean or median current at the place where the cable 12 is to be immersed. Indeed, as the curve C2 of Figure4 shows, the efficiency of the device 10 has, for a given cable 12, a maximumη2 for a certain value Uo of the speed of the current in which it is immersed. At this speed Uo of the stream F1, the efficiency of the energy extraction is maximized. It is therefore interesting that this maximum corresponds to the current present most often or the longest time where the cable 12 is placed.
Cependant, la figure 4 montre également que le rendement du dispositif 10 varie peuen fonction de la vitesse du courant Fi, notamment en comparaison avec le rendement d’undispositif tel que décrit dans l’art antérieur, illustré par la courbe Ci. Choisir le câble 12 enfonction du courant médian à l’endroit où le câble est destiné à être placé peut doncégalement être envisagé. Le courant moyen ou médian peut l’être sur toute période de tempspertinente, notamment sur une journée, sur un mois, sur une année voire plus.However, FIG. 4 also shows that the efficiency of the device 10 varies according to the speed of the current F 1, in particular in comparison with the efficiency of the device as described in the prior art, illustrated by the curve C 1. It is, therefore, also contemplated that the median current be applied to the location where the cable is to be placed. The average or median current can be over any period of time, including a day, a month, a year or more.
Le diamètre du câble 12 peut ainsi être choisi de telle sorte qu’une fréquence propredu câble 12, notamment l’une parmi les dix premières fréquences propres du câble 12, soitsensiblement égale à la fréquence de Strouhal correspondant à ce courant moyen ou médian.The diameter of the cable 12 may thus be chosen such that a cable frequency 12, in particular one of the first ten natural frequencies of the cable 12, is substantially equal to the Strouhal frequency corresponding to this average or median current.
En d’autres termes, on choisit le diamètre du câble 12 de telle sorte qu’une fréquence propredu câble soit supérieure à 0,9, de préférence 0,95, fois la fréquence de Strouhal correspondantau courant moyen ou médian, et/ou soit supérieure à 1,1, de préférence 1,05, fois cettefréquence de Strouhal.In other words, the diameter of the cable 12 is chosen so that a cable frequency is greater than 0.9, preferably 0.95, times the Strouhal frequency corresponding to the average or median current, and / or greater than 1.1, preferably 1.05, times this Strouhal frequency.
La fréquence de Strouhal fst est donnée par fst = St où St est le nombre de Strouhal(sensiblement égal à 0,2 pour une section circulaire du câble), U est la vitesse del’écoulement autour du câble lé (c'est-à-dire la vitesse du courant de fluide Fl) et D lediamètre du câble 12.The frequency of Strouhal fst is given by fst = St where St is the Strouhal number (substantially equal to 0.2 for a circular section of the cable), U is the speed of the flow around the cable lé (ie ie the speed of the fluid flow Fl) and the diameter of the cable 12.
La n-ième fréquence propre f^le d’un câble est donnée par f^le = — — où Θ est2Ly ”\l ΊΎΙ la tension du câble et m est la somme de la masse linéique du câble et de la masse ajoutée. A l’étape 104, le câble 12 est disposé dans le courant de fluide Fi, de telle sorte quela distance L2 entre ses deux extrémités 14, 16 soit inférieure à sa longueur Li.The nth natural frequency of a cable is given by f ^ le = - - where Θ is2Ly "\ l ΊΎΙ the cable tension and m is the sum of the linear density of the cable and the added mass. In step 104, the cable 12 is disposed in the fluid stream F1, so that the distance L2 between its two ends 14, 16 is less than its length Li.
Ensuite, à l’étape 106, le câble 12 est mis en tension par le courant Fi. Ici, il estintéressant que le câble 12 présente une flottabilité nulle ou, à tout le moins, faible, afin quela mise en tension résulte du seul effet du courant. Ceci permet d’améliorer la corrélation del’adaptation de la fréquence propre du câble à la variation du courant, à la variation de lafréquence de Strouhal en fonction du courant. A l’étape 108, le courant Fi provoque des vortex autour du câble 12 qui induisent desoscillations F2 du câble 12.Then, in step 106, the cable 12 is energized by the current Fi. Here, it is of interest that the cable 12 has zero buoyancy or, at the very least, low, so that the tensioning results from the sole effect of the current. This makes it possible to improve the correlation of the adaptation of the natural frequency of the cable to the variation of the current, to the variation of the Strouhal frequency as a function of the current. In step 108, the current Fi causes vortices around the cable 12 which induce oscillations F2 of the cable 12.
On peut alors, à l’étape 110 convertir l’énergie des vibrations F2 du câble 12 induitespar les vortex au moyen du dispositif de conversion d’énergie 18. A cette étape 110, l’énergiedes vibrations du câble 12 peut être convertie en énergie potentielle, en énergie mécanique,notamment d’un fluide, et/ou en énergie électrique.It is then possible, in step 110, to convert the vibration energy F2 of the cable 12 induced by the vortices by means of the energy conversion device 18. At this step 110, the vibration energy of the cable 12 can be converted into energy potential, mechanical energy, in particular a fluid, and / or electrical energy.
Optionnellement, le procédé 100 peut également comporter une étape 112 destockage de l’énergie, par exemple sous forme d’eau stockée dans un réservoir.Optionally, the method 100 may also include a step 112 for storing the energy, for example in the form of water stored in a tank.
Comme indiqué précédemment, la figure 4 montre que la variation du rendement duprocédé 100 varie peu en fonction de la vitesse du courant, par rapport au procédé connu dela demande internationale WO-A-2006/055393 (cf. courbe Ci sur la fig. 4). Ainsi, la gammede courant Δ2 sur laquelle le rendement du procédé 100 est supérieur ou égal à la moitié deson rendement maximal η2 est plus de six fois plus large que la gamme de courant Ai surlaquelle le rendement du procédé connu de la demande internationale WO-A-2006/055393 est supérieur ou égal à la moitié de son rendement maximal ηι. Ainsi, le procédé 100 resteefficace sur une large plage de vitesse de courant là où le procédé connu n’est efficace quesur une plage limitée.As indicated above, FIG. 4 shows that the variation of the efficiency of the method 100 varies little with the speed of the current, compared with the known process of the international application WO-A-2006/055393 (see curve Ci in FIG. ). Thus, the current range Δ2 on which the efficiency of the process 100 is greater than or equal to half of its maximum efficiency η2 is more than six times greater than the current range Ai on which the process efficiency known from the international application WO-A -2006/055393 is greater than or equal to half of its maximum yield ηι. Thus, the method 100 remains effective over a wide range of current velocity where the known method is effective over a limited range.
La figure 4 montre également que le rendement maximal r|2 du procédé 100, égal à9,2 % selon la simulation numérique réalisée, est très proche du rendement maximal ηι duprocédé connu, égal à 10,5 % selon la même simulation numérique. Ainsi, le gain en matièrede gamme de vitesse de courant sur laquelle le procédé est efficace, n’est pas réalisé audétriment de son rendement maximal.FIG. 4 also shows that the maximum efficiency η 2 of the process 100, equal to 9.2% according to the digital simulation performed, is very close to the maximum efficiency ηι of the known method, equal to 10.5% according to the same numerical simulation. Thus, the gain in current speed range over which the process is effective, is not achieved beyond the maximum efficiency.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la description ci-dessus. Denombreuses variantes de réalisation sont accessibles à l’homme de l’art, dans le cadre del’invention définie par le jeu de revendications ci-joint.Of course, the present invention is not limited to the above description. Numerous embodiments are accessible to those skilled in the art, within the scope of the invention defined by the attached set of claims.
Par exemple, il est possible d’ajouter des rugosités sur la surface du câble 12, tel quecela est décrit dans la demande WO-A-2008/147545.For example, it is possible to add roughness to the surface of the cable 12, as described in WO-A-2008/147545.
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