FR3122160A1 - Floating platform for the high seas and in particular a system for producing electrical energy using such a platform. - Google Patents
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Abstract
Plateforme flottante pour la haute-mer et notamment système de production d’énergie électrique utilisant une telle plateforme. L’invention porte sur un système de plateforme flottante, comprenant une plateforme flottante 2, des corps-morts 6 et des câbles 12 pour relier la plateforme aux corps-morts, la plateforme comprenant un caisson flottant 8, un pont 9 disposé au-dessus dudit caisson et des moyens 11 pour maintenir le pont fixé au caisson, conçus pour offrir une prise réduite à la houle et au vent, les câbles étant conçus de sorte que le caisson 8 est maintenu immergé à une profondeur H8 sous la surface de l’eau 10 et le pont est maintenu hors d’eau. Figure pour l’abrégé : figure 2.Floating platform for the high seas and in particular a system for producing electrical energy using such a platform. The invention relates to a floating platform system, comprising a floating platform 2, moorings 6 and cables 12 to connect the platform to the moorings, the platform comprising a floating box 8, a bridge 9 disposed above said caisson and means 11 for holding the deck fixed to the caisson, designed to offer reduced grip to the swell and the wind, the cables being designed so that the caisson 8 is kept submerged at a depth H8 below the surface of the water 10 and the deck is kept out of the water. Figure for abstract: Figure 2.
Description
L’invention se situe dans le domaine des plateformes maritimes, notamment celui des plateformes prévues pour installer des dispositifs de production d’énergie en haute-mer, notamment des éoliennes, mais pas seulement. L’invention se situe plus particulièrement dans le domaine des plateformes flottantes.The invention is in the field of maritime platforms, in particular that of platforms intended to install energy production devices on the high seas, in particular wind turbines, but not only. The invention is more particularly in the field of floating platforms.
Des plateformes fixes sont destinées aux ouvrages réalisés dans des eaux peu profondes, entre cinq et quarante mètres. La descente de charges est réalisée par des fondations ancrées dans le fond. Généralement elles sont destinées à supporter des ouvrages dont le poids est très élevé ; 12 000 tonnes et plus pour une éolienne. Les fondations réalisées sous la surface liquide sont donc importantes et délicates à réaliser. Leur coût est donc élevé. Elles sont en outre soumises à des efforts dont la direction et l’amplitude sont variables :Fixed platforms are intended for works carried out in shallow water, between five and forty meters. The descent of loads is carried out by foundations anchored in the bottom. Generally they are intended to support works of which the weight is very heavy; 12,000 tons and more for a wind turbine. The foundations made under the liquid surface are therefore important and delicate to make. Their cost is therefore high. They are also subject to forces whose direction and amplitude are variable:
- les effets horizontaux du vent de surface,- the horizontal effects of the surface wind,
- les variations géométriques de la surface liquide, l’effet de houle.- the geometric variations of the liquid surface, the swell effect.
Ces efforts sont généralement horizontaux. Le moment fléchissant induit, proportionnel à la hauteur de l’ouvrage, doit être repris par les fondations. Ceci induit un surcoût important, mais également des contraintes de fatigue des matériaux qui composent l’ouvrage, et, une réduction de sa durée de vie.These efforts are generally horizontal. The induced bending moment, proportional to the height of the structure, must be taken up by the foundations. This induces a significant additional cost, but also fatigue constraints of the materials that make up the structure, and a reduction in its lifespan.
Les plateformes flottantes de haute-mer, aussi dites offshore sont utilisées dans les zones de grande profondeur, généralement supérieures à quarante mètres, là où des plateformes fixes, montées sur les piliers reposant sur le fond marin, ne sont pas économiquement viables. Elles évitent certains des inconvénients inhérents aux plateformes fixes. Notamment :Deep-sea floating platforms, also called offshore, are used in very deep areas, generally greater than forty meters, where fixed platforms, mounted on pillars resting on the seabed, are not economically viable. They avoid some of the inherent disadvantages of fixed platforms. Notably :
- leur poids et celui des ouvrages qu’elles supportent est équilibré par la poussée d’Archimède. Les problèmes des fondations profondes et la reprise du moment fléchissant d’encastrement sont donc supprimés ; et,- their weight and that of the structures they support is balanced by the thrust of Archimedes. The problems of deep foundations and the recovery of the bending moment of embedding are therefore eliminated; And,
- flottantes, elles suivent les variations de hauteurs dues aux phénomènes des marées.- floating, they follow the variations in height due to the phenomena of the tides.
Cependant, les plateformes flottantes sont soumises aux variations de la surface liquide dans laquelle elles sont immergées, notamment aux effets de la houle. Celle-ci peut couramment atteindre des valeurs de quatorze mètres de hauteur, mesurée de creux à crète et l’inclinaison de la plateforme peut alors atteindre dix-sept degrés d’angle. Lorsqu’une telle plateforme porte une éolienne, les organes mécaniques de cette dernière, notamment les pales, sont fortement sollicités par la houle et les variations d’inclinaison, de même que les fixations du mât de cette éolienne sur la plateforme.However, floating platforms are subject to variations in the liquid surface in which they are immersed, in particular the effects of the swell. This can commonly reach values of fourteen meters in height, measured from hollow to crest and the inclination of the platform can then reach an angle of seventeen degrees. When such a platform carries a wind turbine, the mechanical components of the latter, in particular the blades, are strongly stressed by the swell and the variations in inclination, as are the fixings of the mast of this wind turbine on the platform.
En outre, le vent génère des forces proportionnelles au cube de sa vitesse et de la surface exposée, c’est-à-dire au carré de la longueur des pales, dans le cas d’une éolienne. En cas extrême (100km/h), pour une longueur de pales égale à 40 m, ces forces atteignent cents tonnes et plus. Si le mât est encastré dans le sol, ces forces transmises au mât sont équilibrées au niveau de l’encastrement. Cependant, dans le cas de la technologie offshore, ces efforts sont équilibrés par la poussée d’Archimède. C’est donc l’inclinaison de la plateforme sur laquelle est fixé le mât qui va équilibrer l’ensemble. Si la plateforme n’est pas suffisamment dimensionnée, cela peut conduire à déstabiliser totalement l’ensemble. Dans tous les cas, ces oscillations provoquent une perte de rendement de l’éolienne, et une fatigue des organes résistants.In addition, the wind generates forces proportional to the cube of its speed and the surface exposed, that is to say the square of the length of the blades, in the case of a wind turbine. In extreme cases (100 km/h), for a length of blades equal to 40 m, these forces reach one hundred tons and more. If the mast is embedded in the ground, these forces transmitted to the mast are balanced at the level of the recess. However, in the case of offshore technology, these efforts are balanced by Archimedean thrust. It is therefore the inclination of the platform on which the mast is fixed that will balance the whole. If the platform is not sufficiently dimensioned, this can lead to the total destabilization of the whole. In all cases, these oscillations cause a loss of performance of the wind turbine, and fatigue of the resistant components.
Un but de l'invention est de proposer un système de plate-forme offshore plus stable et moins sensible aux aléas environnementaux, notamment à la houle et au vent.An object of the invention is to provide an offshore platform system that is more stable and less sensitive to environmental hazards, in particular to swell and wind.
Selon l’invention, un système de plateforme flottante, comprend une plateforme flottante, des corps-morts et des câbles pour relier cette plateforme aux corps-morts, la plateforme comprenant un caisson flottant, un pont disposé au-dessus du caisson et des moyens pour maintenir le pont fixé au caisson, les moyens de maintien étant conçus pour offrir une prise réduite aux éléments, notamment à la houle et au vent, les câbles étant conçus de sorte que le caisson est maintenu immergé à une profondeur sous la surface de l’eau et le pont est maintenu hors d’eau. De préférence, le caisson flottant a un volume apte à générer une poussée d’Archimède supérieure au poids du système.According to the invention, a floating platform system comprises a floating platform, moorings and cables for connecting this platform to the moorings, the platform comprising a floating box, a bridge arranged above the box and means to hold the deck fixed to the casing, the holding means being designed to provide a reduced grip on the elements, in particular waves and wind, the cables being designed so that the casing is kept submerged at a depth below the surface of the water and the deck is kept out of the water. Preferably, the floating box has a volume capable of generating an Archimedean thrust greater than the weight of the system.
Le système peut aussi comprendre des moyens de treuil pour régler des longueurs des câbles, notamment en fonction des marées, notamment pour maintenir ou pour régler la profondeur d’immersion du caisson.The system can also comprise winch means for adjusting the lengths of the cables, in particular according to the tides, in particular to maintain or to adjust the depth of immersion of the caisson.
De préférence, la profondeur d’immersion est au moins égale à la moitié d’une longueur d’onde prévisible pour de la houle. La profondeur d’immersion est avantageusement au moins égale à l’amplitude prévisible pour de la houle.Preferably, the depth of immersion is at least equal to half of a predictable wavelength for swell. The depth of immersion is advantageously at least equal to the foreseeable amplitude for the swell.
Le système peut en outre comprendre des moyens de production d’énergie électrique, de préférence une éolienne montée sur la plateforme, encore plus de préférence une éolienne à axe horizontal.The system may further comprise means for producing electrical energy, preferably a wind turbine mounted on the platform, even more preferably a horizontal axis wind turbine.
Des modes de réalisation et des variantes seront décrits ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :Embodiments and variants will be described below, by way of non-limiting examples, with reference to the appended drawings in which:
Dans la description qui suit, les termes horizontal et vertical doivent être compris dans une position théorique de repos, telle qu’illustrée aux figures 1 et 2, en l’absence d’inclinaison qui pourrait être due, par exemple, à l’action de la houle, du vent, ou à une charge mal répartie.In the following description, the terms horizontal and vertical must be understood in a theoretical position of rest, as illustrated in figures 1 and 2, in the absence of inclination which could be due, for example, to the action swell, wind, or an ill-distributed load.
La
La plateforme 2 est sensiblement de révolution autour d’un axe vertical X2, dit axe de plateforme. Elle comprend un caisson flottant 8, un pont 9 horizontal disposé haut-dessus du caisson 8 et des étais 11 pour relier entre eux, sensiblement rigidement, le caisson 8 et le pont 9. Les étais forment un support sensiblement transparent aux éléments, c’est-à-dire présentant une faible prise à la houle, aux vagues et au vent.The platform 2 is substantially of revolution around a vertical axis X2, called platform axis. It comprises a floating box 8, a horizontal bridge 9 arranged high above the box 8 and struts 11 to connect between them, substantially rigidly, the box 8 and the bridge 9. The struts form a support substantially transparent to the elements, it that is to say presenting a weak resistance to swell, waves and wind.
Comme particulièrement illustré aux figures 3 et 4, le caisson 8 a la forme d’un tronçon de cylindre autour de l’axe de plateforme X2. Il a un diamètre D8 compris entre 1,2 et 1,5 fois une épaisseur E8 mesurée axialement, c’est-à-dire selon l’axe de plateforme X2, sensiblement constante. Dans l’exemple illustré, le caisson 8 est réalisé en béton armé.As particularly illustrated in Figures 3 and 4, the box 8 has the shape of a cylinder section around the platform axis X2. It has a diameter D8 of between 1.2 and 1.5 times a thickness E8 measured axially, that is to say along the platform axis X2, which is substantially constant. In the example shown, the box 8 is made of reinforced concrete.
Comme particulièrement illustré à la
Chaque corps-mort comprend une poulie à gorge 14, illustrée à la
Comme illustré à la
Afin de limiter l’influence de la houle sur la stabilité de la plateforme, on peut immerger le caisson 8 sous une profondeur d’eau H8 supérieure ou égale à l’amplitude typique H100T, à laquelle on peut aussi ajouter une profondeur de sécurité HS. Ainsi, on peut choisir H8=H100T+HS. Par exemple, pour H100T=7m et HS=5m, on immerge le caisson à une profondeur H8=12m.In order to limit the influence of the swell on the stability of the platform, the caisson 8 can be immersed under a depth of water H8 greater than or equal to the typical amplitude H100T, to which a safety depth HS can also be added. . Thus, we can choose H8=H100T+HS. For example, for H100T=7m and HS=5m, the casing is immersed at a depth H8=12m.
Par ailleurs, des études ont démontré qu’à partir d’une profondeur HH1 égale à la moitié de la longueur d’onde L100, c’est-à-dire HH1=L100/2, et au-delà, il n’y a sensiblement plus de turbulences dues à la houle. Ainsi, de préférence, la hauteur H8 est choisie supérieure ou égale à une demi-longueur d’onde L100, c’est-à-dire : H8 ≥ L100/2.Furthermore, studies have shown that from a depth HH1 equal to half the wavelength L100, i.e. HH1=L100/2, and beyond, there is no has noticeably more swell turbulence. Thus, preferably, the height H8 is chosen greater than or equal to half a wavelength L100, that is to say: H8 ≥ L100/2.
Ainsi, en immergeant le caisson 8, de préférence à une profondeur H8 supérieure à une épaisseur d’une zone de turbulence locale, on augmente la stabilité de la plateforme ; la « transparence » du support 11 limite en outre la prise des éléments, eau ou vent, de sorte que ces éléments ne déstabilisent pas notablement la plateforme. Dans le cas illustré d’une plateforme supportant une éolienne, sa plus grande stabilité permet de limiter la fatigue des éléments constitutifs de l’éolienne, notamment de son mât.Thus, by immersing the caisson 8, preferably to a depth H8 greater than a thickness of a local turbulence zone, the stability of the platform is increased; the "transparency" of the support 11 also limits the grip of the elements, water or wind, so that these elements do not significantly destabilize the platform. In the illustrated case of a platform supporting a wind turbine, its greater stability makes it possible to limit the fatigue of the components of the wind turbine, in particular its mast.
La plateforme peut aussi être affectée par le phénomène de marée. Ainsi, la profondeur H10 de la mer, selon le lieu d’implantation de la plateforme, peut varier notablement, de quelques dizaines de centimètres à plus de dix mètres. Afin de maintenir une profondeur d’immersion H8 sensiblement constante, on utilise les treuils 13 pour modifier la longueur des câbles 12 ; ainsi, on peut rapprocher la plateforme du fond 7 lorsque la marée baisse, ou l’en éloigner lorsque la marée monte, tout en maintenant un tirant d’air H9 suffisant sous le pont 9. La commande des treuils est avantageusement automatisée. Elle peut être définie à partir d’une table numérisée des marées locales et/ou d’un capteur permettant d’estimer une profondeur d’immersion H8 instantanée. Le capteur peut, par exemple, être un capteur de pression ou un sonar ; il peut être utilisé pour corriger ou préciser les valeurs de la table des marées.The platform can also be affected by the tidal phenomenon. Thus, the depth H10 of the sea, depending on the location of the platform, can vary significantly, from a few tens of centimeters to more than ten meters. In order to maintain a substantially constant depth of immersion H8, the winches 13 are used to modify the length of the cables 12; thus, the platform can be brought closer to the bottom 7 when the tide is falling, or moved away from it when the tide is rising, while maintaining a sufficient air draft H9 under the bridge 9. The control of the winches is advantageously automated. It can be defined from a digitized table of local tides and/or from a sensor making it possible to estimate an instantaneous H8 immersion depth. The sensor can, for example, be a pressure sensor or a sonar; it can be used to correct or refine tide table values.
Dans l’exemple décrit et comme particulièrement illustré à la
Le corps-mort 6 illustré à la
Le corps-mort 16 comprend en outre un enchevêtrement 18 disposé sur le bloc 16. Dans l’exemple illustré, l’enchevêtrement est constitué d’éléments tétrapodes 19 ; chaque tétrapode comprenant quatre poutres s’étendant dans des directions différentes et non coplanaires. Les éléments sont disposés de façon sensiblement aléatoire et enchevêtrés entre eux. Ainsi disposés, les éléments 19 constituent un refuge pour la faune aquatique et un support pour la flore.The deadweight 16 further comprises a tangle 18 disposed on the block 16. In the example shown, the tangle consists of tetrapod elements 19; each tetrapod comprising four beams extending in different, non-coplanar directions. The elements are arranged in a substantially random manner and entangled with each other. Thus arranged, the elements 19 constitute a refuge for the aquatic fauna and a support for the flora.
Le corps-mort comprend aussi un anneau 21 supporté pas des potelets 22 qui le relient au bloc 16. L’anneau a sensiblement le même diamètre que le bloc 16. Il est disposé sensiblement au-dessus de l’enchevêtrement 18. L’anneau et les potelets forment un dispositif de retenu pour les éléments tétrapodes. Une barre horizontale 23 est fixée diamétralement à l’anneau 21. Elle porte la poulie 14, servant au renvoi du câble 12.The deadman also comprises a ring 21 supported by posts 22 which connect it to block 16. The ring has substantially the same diameter as block 16. It is arranged substantially above entanglement 18. The ring and the posts form a retaining device for the tetrapod elements. A horizontal bar 23 is fixed diametrically to the ring 21. It carries the pulley 14, serving to return the cable 12.
Comme précisé ci-dessus, le système 1 est conçu pour la production d’énergie et comprend notamment l’éolienne 3. Selon l’invention, cette éolienne comprend un mât tubulaire 31 rigidement fixé au pont 9 et s’étendant verticalement vers le haut depuis le pont. Comme particulièrement illustré aux figures 4 et 5, un puits 32 prolonge le mât vers le bas, au travers du pont, et jusqu’à une face inférieure du caisson 8. Le mât et le puits forment ensemble un espace tubulaire rectiligne 33 qui débouche vers le haut au sommet 31A du mât et vers le bas à la base 8A du caisson.As specified above, the system 1 is designed for the production of energy and comprises in particular the wind turbine 3. According to the invention, this wind turbine comprises a tubular mast 31 rigidly fixed to the bridge 9 and extending vertically upwards from the bridge. As particularly illustrated in FIGS. 4 and 5, a well 32 extends the mast downwards, through the deck, and as far as an underside of the box 8. The mast and the well together form a rectilinear tubular space 33 which opens towards the top at the top 31A of the mast and down at the base 8A of the box.
Comme particulièrement illustré à la
L’éolienne comprend en outre un équipage mobile 36 comprenant une hélice 37 d’axe horizontal, une nacelle 38, une tige 39, une rotule 60 et un balancier 61. La nacelle 38 comprend des moyens de transformation de l’énergie éolienne en énergie électrique.The wind turbine further comprises a mobile assembly 36 comprising a propeller 37 with a horizontal axis, a nacelle 38, a rod 39, a ball joint 60 and a rocker arm 61. The nacelle 38 comprises means for transforming the wind energy into energy electric.
La rotule 60 est prévue pour venir reposer sur le berceau 34 et coopérer avec lui pour former une liaison rotule entre l’équipage mobile 36 et le mât 31. La tige 39 s’étend vers le haut depuis la rotule et elle relie la nacelle et la rotule entre elles. Bien entendu, bien que représenté très schématiquement à la
Le balancier 61 comprend une tringle 22 et un contre-poids 63. La tringle s’étend vers le bas depuis la rotule, au travers du passage 33, jusqu’en-dessous du caisson 8. Le contre-poids est fixé à une extrémité basse de la tringle, sous le caisson. La tige et la tringle sont sensiblement alignées entre elles, selon un axe d’équipage X36. Dans une position de repos, c’est-à-dire lorsque la plateforme et l’équipage mobile ne subissent que leur poids propre et la force d’Archimède, l’axe d’équipage X36 est confondu avec l’axe de plateforme X2. Notamment sous l’action du vent appliquée à l’hélice 37, l’axe d’équipage s’incline. Cette inclinaison est limitée par la force de rappel du balancier, notamment par l’action du contre-poids 63. Cette disposition est particulièrement avantageuse puisque, d’une part, elle supprime les efforts d’encastrement de la nacelle sur le mât et, d’autre part, elle autorise une section réduite pour la tige, ce qui limite les perturbations aérodynamiques à l’aval de l’hélice 37.The pendulum 61 comprises a rod 22 and a counterweight 63. The rod extends downwards from the ball joint, through the passage 33, to below the box 8. The counterweight is fixed at one end bottom of the rod, under the box. The rod and the bead are substantially aligned with each other, along an X36 crew axis. In a rest position, i.e. when the platform and the moving assembly only undergo their own weight and the Archimedes force, the assembly axis X36 coincides with the platform axis X2 . In particular under the action of the wind applied to propeller 37, the crew axis tilts. This inclination is limited by the return force of the pendulum, in particular by the action of the counterweight 63. This arrangement is particularly advantageous since, on the one hand, it eliminates the efforts of embedding the nacelle on the mast and, on the other hand, it allows a reduced section for the rod, which limits the aerodynamic disturbances downstream of the propeller 37.
Comme précisé plus haut, le système 1 de la production d’énergie comprend, en plus de l’éolienne 3, un dispositif pneumatique 4 de production d’énergie.As specified above, the energy production system 1 comprises, in addition to the wind turbine 3, a pneumatic device 4 for energy production.
Un tel dispositif 4 pneumatique est illustré aux figures 7 à 9. Il comprend notamment un ensemble de soufflets 40 et deux turbines 41, 42. Les turbines sont fixées sur le pont 9. Les soufflets sont fixés sous le pont. Ils sont sensiblement cylindriques. Leur nombre n’est pas imposé. Aux figures 1 et 2, l’ensemble de soufflets est représenté par un seul soufflet ; néanmoins, un nombre plus élevé de soufflets permet de suivre plus précisément les mouvements de la houle, comme illustré à la
Dans l’exemple illustré, chaque soufflet comprend une plaque supérieure 43, une base 44 et une paroi déformable 46. La plaque 43 est fixée sous le pont. La base 44 est flottante, de sorte qu’elle peut suivre les mouvements verticaux de la houle en coulissant le long d’un guide 47 vertical respectif, fixe relativement au pont 9. La paroi 46 a une forme sensiblement cylindrique, autour du guide 47 ; elle est conçue pour se déformer comme celle d’un accordéon lorsque la base 44 se rapproche ou s’éloigne de la plaque 43, sous l’action de la houle. La paroi est en un matériau étanche à l’air, par exemple un caoutchouc ou une toile enduite, éventuellement renforcée de fibre, par exemple de fibres métalliques. La base 44 peut avantageusement avoir la forme d’un caisson en béton, dont un volume intérieur est rempli de polystyrène, afin d’en assurer la flottabilité. De préférence, la densité de la base 44 du soufflet est proche de la densité de l’eau.In the example illustrated, each bellows comprises an upper plate 43, a base 44 and a deformable wall 46. The plate 43 is fixed under the bridge. The base 44 is floating, so that it can follow the vertical movements of the swell by sliding along a respective vertical guide 47, fixed relative to the deck 9. The wall 46 has a substantially cylindrical shape, around the guide 47 ; it is designed to deform like that of an accordion when the base 44 approaches or moves away from the plate 43, under the action of the swell. The wall is made of an airtight material, for example a rubber or a coated canvas, optionally reinforced with fiber, for example metal fibers. The base 44 can advantageously take the form of a concrete box, an interior volume of which is filled with polystyrene, in order to ensure its buoyancy. Preferably, the density of the base 44 of the bellows is close to the density of water.
Le dispositif pneumatique comprend en outre deux volumes tampons 51, 52. Un premier tampon 51 est connecté avec une première turbine 41. L’autre tampon 52 est relié à la deuxième turbine 42. Chaque soufflet est relié, au travers de la plaque 43 à chacun des deux tampons 51, 52 par des clapets 53, 54 respectif. Un premier clapet 53, relié au premier tampon, s’ouvre lorsque le volume du soufflet augmente et aspire de l’air. L’air environnant est aspiré dans le premier tampon et entraine la première turbine 41. L’air aspiré est mutualisé entre l’ensemble des soufflets dans le premier tampon ce qui permet un entrainement sensiblement régulier de la première turbine. Le deuxième clapet 54, relié au deuxième tampon 52, s’ouvre lorsque le volume du soufflet diminue et rejette de l’air. Cet air est rejeté dans le deuxième tampon et entraine la deuxième turbine 42, lorsqu’il rejoint l’atmosphère. L’air expiré est mutualisé entre l’ensemble des soufflets dans le deuxième tampon 52 ce qui permet un entrainement sensiblement régulier de la deuxième turbine 42.The pneumatic device further comprises two buffer volumes 51, 52. A first buffer 51 is connected with a first turbine 41. The other buffer 52 is connected to the second turbine 42. Each bellows is connected, through the plate 43 to each of the two buffers 51, 52 by valves 53, 54 respectively. A first valve 53, connected to the first buffer, opens when the volume of the bellows increases and sucks in air. The surrounding air is sucked into the first buffer and drives the first turbine 41. The sucked air is pooled between all the bellows in the first buffer, which allows a substantially regular drive of the first turbine. The second valve 54, connected to the second buffer 52, opens when the volume of the bellows decreases and rejects air. This air is discharged into the second buffer and drives the second turbine 42, when it joins the atmosphere. The exhaled air is pooled between all the bellows in the second buffer 52 which allows a substantially regular drive of the second turbine 42.
Dans l’exemple illustré, les turbines 41, 42 sont des éoliennes à axe vertical, de type Darrieus, enveloppées dans un carénage 55. Elles entrainent un ou plusieurs alternateurs ou dynamos, qui produisent ainsi de l’énergie électrique.In the example illustrated, the turbines 41, 42 are vertical axis wind turbines, of the Darrieus type, wrapped in a fairing 55. They drive one or more alternators or dynamos, which thus produce electrical energy.
On va maintenant décrire une variante d’un système 1 selon l’invention, en ce qu’il diffère des systèmes précédemment décrits, en référence à la
Dans ce mode de réalisation, la plateforme 2 est amarrée à six corps-morts 6 du type précédemment décrit en référence à la
La plateforme 2 comprend, trois points de reprise hauts 71, en rive du pont 9, et trois points de reprise bas 72, en rive de la base 8A du caisson 8. Ils sont disposés de sorte qu’un plan axial passant par un point haut 71 et un plan axial passant par un point bas 72 voisin forment ensemble un angle de décalage A7 égal à la moitié d’un angle similaire entre deux points hauts voisins. C’est-à-dire que les points bas 72 sont régulièrement décalés des point hauts 71 autour de l’axe de plateforme X1. Dans cet exemple, l’angle de décalage A7 est égal à soixante degrés.The platform 2 comprises three high recovery points 71, on the edge of the bridge 9, and three low recovery points 72, on the bank of the base 8A of the box 8. They are arranged so that an axial plane passing through a point top 71 and an axial plane passing through a neighboring low point 72 together form an offset angle A7 equal to half of a similar angle between two neighboring high points. That is to say that the low points 72 are regularly offset from the high points 71 around the platform axis X1. In this example, the offset angle A7 is sixty degrees.
Chaque corps-mort 6 est relié à un même point de haut 71 que l’un de ses deux corps-morts voisins immédiats et à un même point bas que son autre corps-mort voisin immédiat. Cette disposition permet d’assurer une plus grande stabilité de la plateforme relativement au fond marin 7.Each deadweight 6 is connected to the same high point 71 as one of its two immediate neighboring deadweights and to the same low point as its other immediate neighboring deadweight. This arrangement ensures greater stability of the platform relative to the seabed 7.
En outre, les corps-morts peuvent comprendre des points d’amarrage constitués de poulies 14, comme précédemment décrit. Les point bas 72 peuvent aussi comprendre des poulies, ainsi que deux au moins des points hauts 71, le troisième point haut comprenant un point de fixation, pour une extrémité du câble 12, et un treuil pour l’extrémité opposée du câble. Le même câble 12 passe donc successivement par un point haut 71, un point d’amarrage 14 et un point bas 72, depuis le point de fixation jusqu’au treuil. Ainsi, un seul treuil permet de régler l’altitude de la plateforme au-dessus du fond 7.In addition, the moorings may include mooring points consisting of pulleys 14, as previously described. The low points 72 can also comprise pulleys, as well as at least two of the high points 71, the third high point comprising an attachment point, for one end of the cable 12, and a winch for the opposite end of the cable. The same cable 12 therefore passes successively through a high point 71, a mooring point 14 and a low point 72, from the attachment point to the winch. Thus, a single winch makes it possible to adjust the altitude of the platform above the bottom 7.
Le principe de décalage angulaire des points d’amarrage est aussi appliqué au mode de réalisation des figures 1 et 2.The principle of angular offset of the mooring points is also applied to the embodiment of Figures 1 and 2.
On va maintenant décrire une variante terrestre d’un système selon l’invention, en ce qu’il diffère des systèmes précédemment décrits, en référence à la
Dans ce mode de réalisation, l’éolienne comprend des moyens de rotulage 34, 60 similaires à ceux précédemment décrit en référence à la
Par ailleurs, le système 1 comprend un massif bétonné 80 ayant une partie enterrée 81 et une partie aérienne annulaire 82, montée mobile horizontalement et en appui sur la partie enterrée 81. Le mât 31 repose sur la partie enterrée 81 et s’élève au travers de la partie aérienne 82. Un puits 132 est formé au travers de la partie enterrée 81 jusque dans le sol 83, pour y recevoir une extrémité inférieure du balancier 61, notamment le contrepoids 63. Des moyens de transmission 84 articulés avec le balancier 61, permettent d’en transmettre le mouvement horizontal à la partie aérienne. La partie aérienne constitue ainsi une masse inertielle qui résiste aux effets du vent, engendrant une force à l’encontre des effets du vent qui vient s’additionner à la force de rappel développée par le contrepoids. L’utilisation d’une masse inertielle 82 permet de réduire la longueur du balancier 61 et/ou le poids du contrepoids. Cette disposition est particulièrement avantageuse dans le cas d’un système terrestre, de sorte qu’il évite ou limite le creusement d’un puits 132.Furthermore, the system 1 comprises a concrete block 80 having a buried part 81 and an annular aerial part 82, horizontally movable mounted and resting on the buried part 81. The mast 31 rests on the buried part 81 and rises through of the aerial part 82. A well 132 is formed through the buried part 81 into the ground 83, to receive therein a lower end of the balance 61, in particular the counterweight 63. Transmission means 84 articulated with the balance 61, allow the horizontal movement to be transmitted to the aerial part. The aerial part thus constitutes an inertial mass which resists the effects of the wind, generating a force against the effects of the wind which is added to the restoring force developed by the counterweight. The use of an inertial mass 82 makes it possible to reduce the length of the balance 61 and/or the weight of the counterweight. This arrangement is particularly advantageous in the case of a terrestrial system, so that it avoids or limits the digging of a well 132.
Les efforts d’encastrement étant réduits par l’utilisation d’un mât avec un balancier rotulé, la partie enterrée 81 du massif bétonné peut avoir une épaisseur E81 réduite, ce qui limite les coûts et l’impact environnemental d’une éolienne terrestre. En particulier, le massif bétonné peut être plus facilement détruit, étant d’un volume et d’une épaisseur nettement inférieurs à ceux d’un massif nécessaire à l’ancrage d’une éolienne terrestre de l’art antérieur.As the embedding forces are reduced by the use of a mast with a ball joint, the buried part 81 of the concrete block can have a reduced thickness E81, which limits the costs and the environmental impact of an onshore wind turbine. In particular, the concrete block can be more easily destroyed, being of a volume and a thickness much lower than those of a block necessary for the anchoring of an onshore wind turbine of the prior art.
On va maintenant décrire une variante de la plateforme, en ce qu’elle diffère de celle précédemment décrite, notamment en référence à la
Dans cette variante, la plateforme 2 comprend deux partie 2A, 2B. Une première partie 2A de la plateforme comprend le caisson flottant 8. La deuxième partie 2B comprend le dispositif pneumatique 4. La deuxième partie 2B est montée mobile horizontalement, c’est-à-dire transversalement à l’axe de plateforme X2, relativement à la première partie A1. La plateforme comprend aussi des moyens de guidage et de roulement entre les deux parties 2A, 2B.In this variant, the platform 2 comprises two parts 2A, 2B. A first part 2A of the platform comprises the floating box 8. The second part 2B comprises the pneumatic device 4. The second part 2B is mounted to move horizontally, that is to say transversely to the axis of the platform X2, relative to the first part A1. The platform also includes guide and rolling means between the two parts 2A, 2B.
Comme dans l’exemple précédemment décrit en référence à la
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.Of course, the invention is not limited to the examples which have just been described. On the contrary, the invention is defined by the following claims.
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.It will indeed appear to those skilled in the art that various modifications can be made to the embodiments described above, in the light of the teaching which has just been disclosed to them.
Ainsi, le terme de câble, employé dans la description, recouvre tout type de ligne d’amarrage, souple, filaire, susceptible de servir à relier la plateforme à ses corps-morts, notamment un filin ou une chaîne, en toute matière appropriée, par exemple de l’acier, ou des matériaux composites.Thus, the term cable, used in the description, covers any type of mooring line, flexible, wired, capable of being used to connect the platform to its moorings, in particular a rope or a chain, in any appropriate material, for example steel, or composite materials.
Dans les zones de faible marnage, on peut prévoir que le câble est de longueur constante. Dans ce cas, il n’est pas nécessaire de prévoir de treuil sur le pont ni de poulie sur les corps-morts, le câble pouvant avoir une longueur fixe.In areas of low tidal range, provision can be made for the cable to be of constant length. In this case, it is not necessary to provide a winch on the deck or a pulley on the moorings, the cable can have a fixed length.
Aussi, les formes des différents éléments peuvent varier. En particulier, la plateforme peut avoir un plan rectangulaire au lieu de circulaire. Ainsi, le caisson flottant correspondant peut être parallélépipédique ; il peut aussi être conique.Also, the shapes of the different elements may vary. In particular, the platform can have a rectangular plan instead of a circular one. Thus, the corresponding floating box can be parallelepipedal; it can also be conical.
Aussi, un soufflet peut ne pas être directement entrainé par la houle, mais indirectement, par exemple par une tringlerie mue par un flotteur entrainé par la houle. De ce cas, le soufflet peut être disposé au-dessus du pont.Also, a bellows may not be directly driven by the swell, but indirectly, for example by a linkage moved by a float driven by the swell. In this case, the bellows can be arranged above the bridge.
Notamment dans le cas d’une plateforme maritime, les moyens de rotulage peuvent être disposés sensiblement au niveau du pont de la plateforme, de sorte que le mât a une hauteur faible ou qu’il n’y a pas besoin de mât.In particular in the case of a maritime platform, the swiveling means can be arranged substantially at the level of the deck of the platform, so that the mast has a low height or that there is no need for a mast.
L’immersion du caisson et le rotulage de la nacelle réduisent notablement les efforts subits par le système de production d’énergie selon l’invention, par rapport aux systèmes de l’art antérieur. Les quantités de matière nécessaires à la fabrication d’une telle plateforme sont réduites en conséquence, ce qui en diminue notablement le coût.The immersion of the box and the swiveling of the nacelle significantly reduce the forces undergone by the energy production system according to the invention, compared to the systems of the prior art. The quantities of material needed to manufacture such a platform are reduced accordingly, which significantly reduces the cost.
En outre, la stabilité de l’équipage mobile est améliorée. De ce fait l’hélice de l’éolienne est généralement plus proche d’un plan vertical, dans une plage de vitesse de vent plus étendue. Le rendement de l’éolienne est donc nettement amélioré par les perfectionnements apportés par l’invention.In addition, the stability of the moving assembly is improved. As a result, the wind turbine propeller is generally closer to a vertical plane, in a wider wind speed range. The performance of the wind turbine is therefore significantly improved by the improvements made by the invention.
Ainsi, un système selon l’invention a tout ou partie des avantages suivants :Thus, a system according to the invention has all or some of the following advantages:
- réduction des mouvements qui résultent des déformations de la surface du liquide, puisqu’il comprend des moyens qui permettent d’immerger le caisson sous la zone de turbulence de la surface de la mer, et de l’y maintenir ;- reduction of the movements resulting from the deformations of the surface of the liquid, since it includes means which make it possible to immerse the caisson under the zone of turbulence of the surface of the sea, and to maintain it there;
- abaissement du centre de transmission des efforts dus au vent dans l’éolienne ; cette disposition permet de réduire le moment appliqué au centre de gravité du caisson, et donc le coût et l’impact sur l’environnement ;- lowering of the center of transmission of forces due to the wind in the wind turbine; this arrangement makes it possible to reduce the moment applied to the center of gravity of the box, and therefore the cost and the impact on the environment;
- maintien dans un plan sensiblement vertical de la surface décrite par les pales de l’éolienne, sans augmenter le volume de flottaison nécessaire pour équilibrer le poids propre des ouvrages de l’ensemble offshore ; cette disposition permet de réduire considérablement les quantités de matières mises en œuvre dans les systèmes connus, généralement du béton armé ou de l’acier ;- maintenance in a substantially vertical plane of the surface described by the blades of the wind turbine, without increasing the buoyancy volume necessary to balance the dead weight of the structures of the offshore assembly; this arrangement makes it possible to considerably reduce the quantities of materials used in the known systems, generally reinforced concrete or steel;
- récupération de l’énergie de la houle produite par la déformation de la surface du plan d’eau sous l’action du vent ;- recovery of wave energy produced by the deformation of the surface of the water body under the action of the wind;
- réduction les sections des mâts perturbateurs pour l’écoulement du vent sur les pales. Ce qui augmente le rendement de l’éolienne verticale ;- reduction of the sections of the disturbing masts for the flow of the wind on the blades. This increases the performance of the vertical wind turbine;
- diminution des quantités de matière nécessaires à la fabrication d’une telle plateforme, grâce à une meilleure répartition des réactions des efforts et à la suppression des mouvements provoqués par la houle, ce qui en diminue notablement le coût et son impact environnemental.- reduction of the quantities of material necessary for the manufacture of such a platform, thanks to a better distribution of the reactions of the forces and the suppression of the movements caused by the swell, which notably reduces the cost and its environmental impact.
Le dispositif pneumatique du système offshore permet une production d’énergie supplémentaire estimée à 4% environ de l’énergie produite grâce à un système offshore de production d’énergie électrique selon l’invention.The pneumatic device of the offshore system allows an additional energy production estimated at approximately 4% of the energy produced thanks to an offshore electrical energy production system according to the invention.
Bien entendu, une plateforme ou un système de plateforme selon l’invention n’est pas limité à un usage de production d’électricité, elle peut comprendre uniquement une éolienne d’axe horizontal, ou seulement des moyens pneumatiques de production d’énergie. Une telle plateforme peut aussi être utilisée pour porter des habitations ou encore servir de quai ou de pont flottant.Of course, a platform or a platform system according to the invention is not limited to a use for the production of electricity, it can comprise only a wind turbine with a horizontal axis, or only pneumatic means of energy production. Such a platform can also be used to carry dwellings or serve as a wharf or floating bridge.
Aussi, le dispositif pneumatique peut comprendre plus de deux turbines, par exemple quatre ou six.Also, the pneumatic device can comprise more than two turbines, for example four or six.
Claims (6)
System according to one of Claims 1 to 5, characterized in that it comprises means for producing electrical energy, preferably a wind turbine (3) mounted on the platform (2), even more preferably a wind turbine with an axis horizontal.
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FR (1) | FR3122160A1 (en) |
Citations (5)
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- 2021-04-27 FR FR2104345A patent/FR3122160A1/en active Pending
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