FR3089491A1 - Eolienne, notamment une éolienne flottante ayant une stabilité améliorée. - Google Patents

Eolienne, notamment une éolienne flottante ayant une stabilité améliorée. Download PDF

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Abstract

EOLIENNE, NOTAMMENT UNE EOLIENNE FLOTTANTE AYANT UNE STABILITE AMELIOREE. L’invention porte sur une éolienne 1 qui comprend un mât 6, une nacelle 7 fixée en tête du mât, une hélice 8 portée par la nacelle et une embase tournante 20 autour d'un axe vertical X13, le mât s'étendant vers le haut depuis cette embase. L'éolienne peut être une éolienne flottante Figure pour l’abrégé : figure 1

Description

Description
Titre de l'invention : Eolienne, notamment une éolienne flottante ayant une stabilité améliorée.
[0001] La présente invention se rapporte au domaine des éoliennes implantées en mer et particulièrement aux éoliennes flottantes.
[0002] Les éoliennes implantées sont de plus en plus puissantes. Elles ont donc des dimensions de plus en plus importantes. Ainsi, on conçoit des éoliennes s'une puissance de 12 à 15 mégawatts, équipées de pâlies de 100 mètres ou 110 mètres de long. Pour de telles éoliennes, la nacelle et les pales peuvent peser, ensemble, 750 tonnes. Ce poids doit être supporté par un mât haut d'environ 130 mètres, pour un poids d'au moins 400 tonnes. De telles dimensions et de tels poids, lorsqu'ils sont ceux d'une éolienne implantée en mer, sont un défi technologique, notamment en matière de stabilité.
[0003] Le problème à résoudre consiste à proposer une conception qui permette d'assurer une stabilité d'une éolienne, notamment d'une éolienne flottante de forte puissance.
[0004] Pour résoudre ce problème l'invention propose un système d'éolienne comprenant un mât, une nacelle fixée en tête du mât, une hélice portée par cette nacelle et une embase tournante autour d'un axe vertical, le mât s'étendant vers le haut depuis l'embase tournante. La nacelle peut être fixe fixe en rotation autour de l'axe vertical.
[0005] Le système d'éolienne peut comprendre des moyens de génération d'énergie, de préférence d'énergie électrique avantageusement disposés au pied du mât. Il peut alors comprendre un système pour transmettre le mouvement de l'hélice au générateur. Ce système de transmission comprend de préférence, dans l'ordre de la transmission, un arbre primaire, un renvoi d'angle primaire, un arbre intermédiaire ayant pour axe l'axe vertical et parcourant le mât, qui entraîne, au moins indirectement le générateur. De préférence, l'arbre intermédiaire est un arbre creux. Il peut aussi comprendre un arbre secondaire et un renvoi d'angle secondaire entre une extrémité basse de l'arbre intermédiaire et l'arbre secondaire.
[0006] Avantageusement, le système selon l'invention comprend des moyens pour asservir une orientation du mât avec une direction du vent.
[0007] De préférence, le mât a une section horizontale oblongue dont un grand axe est sensiblement parallèle à un axe de rotation de l'hélice.
[0008] L'embase peut être une partie d'une plateforme flottante. Ainsi, L'invention porte aussi sur un système d'éolienne flottante, caractérisé en ce qu'elle comprend une plateforme comprenant une structure rigide à laquelle sont reliés au moins trois flotteurs, l'embase formant une articulation tournante entre le mât et cette structure.
[0009] Plusieurs modes d’exécution de l’invention seront décrits ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
[0010] [fig.l] est une vue schématique, en élévation et en coupe partielle d’un système d’éolienne flottante selon l’invention ; et,
[0011] [fig-2] est une vue en coupe horizontal, d'un mât de l'éolienne de la figure 1, selon le plan II-II de la figure 1.
[0012] Dans la description, les termes « vertical » et « horizontal » se rapportent à une position d’équilibre du système d’éolienne, tel que représenté à la figure 1.
[0013] La figure 1 illustre un système d’éolienne 1. Dans l’exemple illustré, le système comprend :
[0014] - une plateforme flottante 2 munie d'une structure rigide 3 et de flotteurs 4 fixés à une périphérie de cette structure 3 ;
[0015] - un mât 6 s'étendant vers le haut depuis la structure 3 ;
[0016] - une nacelle 7 fixée au sommet du mât 6 ;
[0017] - un hélice 8 portée par la nacelle 7; et,
[0018] - un générateur 10, ici un générateur d'électricité fixé à la structure 3 de la plateforme.
[0019] Dans l'exemple illustré, l'hélice 8 comprend trois pales 9. L'éolienne est du type downwind, c’est-à-dire qu'en mode de fonctionnement normal l'hélice est sous le vent V relativement à la nacelle 7.
[0020] L'éolienne comprend en outre un système de transmission 11-15, pour transmettre le mouvement de l'hélice 8 au générateur 10. Ce système de transmission comprend notamment :
[0021] - un arbre primaire 11 ;
[0022] - un renvoi d'angle primaire 12 ;
[0023] - un arbre intermédiaire 13 ;
[0024] - un renvoi d'angle secondaire 14 ; et,
[0025] - un arbre secondaire 15.
[0026] Dans l'exemple illustré, l'arbre primaire 11 est en prise directe avec l'hélice 8 ; il a un axe commun horizontal XI1 avec celle-ci.
[0027] L'arbre intermédiaire 13 s'étend verticalement depuis la nacelle 7 jusqu'à la plateforme 2. Dans l'exemple illustré, le mât 6 est tubulaire et l'arbre intermédiaire parcourt le mât sur toute sa hauteur, selon un axe X13. Le renvoi primaire 12 permet de transmettre le mouvement de l'arbre primaire 11 à l'arbre intermédiaire 13.
[0028] L'arbre secondaire 15 est en prise avec le générateur 10. Le renvoi secondaire 14 permet de transmettre le mouvement de l'arbre intermédiaire 13 à l'arbre secondaire 15. Le générateur 10 comprend un alternateur et des moyens pour augmenter la vitesse de rotation entre l'arbre secondaire et l'alternateur. Dans l'exemple illustré l'arbre se3 condaire a un axe X15 sensiblement horizontal.
[0029] Pour une éolienne conçue, dans l'essentiel, la nacelle n'a plus qu'à porter l'hélice, le dispositif d'incidence des pales, l'arbre et le renvoi primaires. L'essentiel du reste des charges est déplacé au pied du mât.
[0030] La nacelle 7 est montée fixe relativement au mât 6. Le mât est monté rotatif autour de l'axe vertical X13, relativement à la structure 3. Ainsi, l'éolienne 1 comprend une embase rotative 20 entre une base 21 du mât et une partie complémentaire 22 de la structure 3. A la figure cette embase est symbolisée par un roulement à bille. En réalité cette embase peut être d'un type utilisé sur les grosses grues off-shore et connu sous le terme anglais de rotating pedestral. L'éolienne comprend en outre des moyens de motorisation et de contrôle 23, qui permettent d'asservir l'orientation du mât à la direction V du vent.
[0031] La figure 2 illustre une coupe horizontale sur le mât 6.
[0032] Le mât tournant avec la nacelle qui y est fixée, l'hélice a une position fixe relativement au mât et, en usage courant, le mât a donc une position privilégiée relativement à la direction V du vent. Ainsi, le mât 6 a une section oblongue qui permet une perturbation réduite de l'écoulement d'air et un meilleur rendement de l'hélice.
[0033] Le mât est en outre profilé, avec un bord de fuite 31 plus effilé que le bord d'attaque 32. Un tel profilage permet de limiter l'effort aérodynamique sur la hauteur du mât, donc de réduire le couple de basculement de la plateforme, donc son dimensionnement. Un tel profilage permet en outre une alimentation optimisée de l'hélice, notamment dans le cas illustré d'une hélice sous le vent, en éliminant les vortex aérodynamiques qui seraient créés par un mât de section circulaire.
[0034] Comme illustré à la figure 2, l'arbre intermédiaire est avantageusement un arbre creux.
[0035] Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. Au contraire, l'invention est définie par les revendications qui suivent.
[0036] Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
[0037] Ainsi, l'hélice peut avoir un nombre de pales différent de trois, par exemple deux ou quatre.
[0038] Le système de transmission peut ne pas comprendre de renvoi d'angle ni d'arbre secondaires ; le générateur peut alors être placé verticalement, dans le prolongement de l'arbre intermédiaire, ce qui améliore le rendement de l'éolienne selon l'invention.
[0039] Aussi, le mât peut être haubané, de façon à être allégé et lui donner une rigidité latérale augmentée.
[0040] La charge supportée par le mât étant plus légère, le couple aérodynamique étant réduit et le centre de gravité global étant abaissé, la stabilité de la plateforme en est améliorée. La plateforme peut donc aussi être plus légère, notamment les flotteurs qui ont moins de poids à supporter. Ainsi, l'invention génère un cercle vertueux qui permet de gagner à la fois en stabilité, en matériaux et en coût de fabrication, d'installation et d'entretien.
[0041] L'invention n'est pas limitée aux éoliennes flottantes, elle peut aussi avantageusement être utilisée pour une éolienne marine ancrée dans le fond marin ou une éolienne terrestre.

Claims (1)

  1. Revendications [Revendication 1] Système d'éolienne (1), caractérisé en ce qu'il comprend un mât (6), une nacelle (7) fixée en tête dudit mât, une hélice (8) portée par ladite nacelle et une embase tournante (20) autour d'un axe vertical (X13), caractérisé ce que ledit mât s'étend vers le haut depuis ladite embase tournante (20). [Revendication 2] Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la nacelle est fixe en rotation autour de l'axe vertical (XI3). [Revendication 3] Système selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de génération d'énergie, de préférence d'énergie électrique (10) disposés au pied du mât (6). [Revendication 4] Système selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un système pour transmettre (11-15) le mouvement de l'hélice (8) au générateur (10). [Revendication 5] Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système de transmission comprend notamment, dans l'ordre de la transmission, un arbre primaire (11), un renvoi d'angle primaire (12), un arbre intermédiaire (13) ayant pour axe l'axe vertical (XI3) et parcourant le mât (6) et qui entraîne, au moins indirectement, le générateur (10). [Revendication 6] Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système de transmission comprend en outre un arbre secondaire (15) et un renvoi d'angle secondaire (14) entre une extrémité basse de l'arbre intermédiaire et l'arbre secondaire. [Revendication 7] Système selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'arbre intermédiaire est un arbre creux. [Revendication 8] Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (23) pour asservir une orientation du mât avec une direction (V) du vent. [Revendication 9] Système selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le mât a une section horizontale oblongue, de préférence profilée, dont un grand axe est sensiblement parallèle à un axe de rotation (XI1) de l'hélice. [Revendication 10] Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'embase (20) est une partie d'une plateforme flottante (2). [Revendication 11] Système d'éolienne flottante selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une plateforme (2) comprenant une
    structure rigide (3) à laquelle sont reliés au moins trois flotteurs (3), l'embase (20) formant une articulation tournante entre ledit mât et ladite structure.
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