FR3132272A1

FR3132272A1 - Support pour un outil de maintenance d’une éolienne flottante en mer, outil équipé d’un tel support et procédé associé.

Info

Publication number: FR3132272A1
Application number: FR2200731A
Authority: FR
Inventors: Mathieu AUPERIN; Jean-Claude Bourdon; Fabien Carl FREMONT
Original assignee: Dolfines SA
Current assignee: Dolfines SA
Priority date: 2022-01-28
Filing date: 2022-01-28
Publication date: 2023-08-04

Abstract

Support pour un outil de maintenance d’une éolienne flottante en mer, outil équipé d’un tel support et procédé associé. L’invention porte sur un procédé pour manipuler une charge 11A pour un système 1 comprenant une plateforme flottante 3 et une éolienne 2 montée sur la plateforme, dans lequel on fournit une charpente provisoire 30 que l’on pose sur le système, en appui sur la plateforme et on monte un engin de levage 14 sur la charpente. Figure pour l’abrégé : figure 2

Description

Support pour un outil de maintenance d’une éolienne flottante en mer, outil équipé d’un tel support et procédé associé.

La présente invention se rapporte au domaine des éoliennes implantées en mer. Elle se rapporte particulièrement à la maintenance lourde de telles éoliennes, plus particulièrement à la manipulation de pales ou de charges lourdes.

Lorsque le fond marin est suffisamment peu profond, l’éolienne peut comprendre un mât directement ancré dans le fond marin. Ces éoliennes fixes font généralement partie d’un champ d’éoliennes et des moyens importants sont mobilisés pour les ériger, notamment pour en installer la fondation, puis, pour poser le mât et y fixer la turbine et ses pales.

Cependant, lorsqu’il faut changer une pale d’une telle éolienne, on ne sait utiliser que des Jack-ups, c’est-à-dire des plateformes flottantes autoélévatrices munies de pieds et équipées d’une grue à flèche relevable. Ces plateformes s’appuient et se soulèvent d’elles-mêmes sur le fond marin grâce à leurs pieds en forme de colonne. Il est très délicat de manipuler une pale et cela demande des moyens importants, tant en capacité de hauteur qu’en capacité de charge. Il en va de même pour des charges lourdes équipant une nacelle de telles éolienne, par exemple un générateur. Des Jack-ups aux capacités suffisantes sont peu nombreux, peu disponibles et leur intervention est extrêmement couteuse.

Là où le fond marin est trop profond, des éoliennes sont portées par des plateformes flottantes. Une telle plateforme flottante, peut avoir la forme d’une barge ou d’une structure de poutrelles reliant au moins trois flotteurs entre eux. Généralement, les éoliennes sont montées sur leur plateforme à quai, dans un port, puis tractées en mer, jusqu’à leur lieu d’exploitation.

Les éoliennes flottantes sont généralement implantées en haute mer. La profondeur de la mer est généralement si grande que ni l’éolienne ni une grue utilisable pour leur maintenance ne peuvent être ancrées dans le sol. Elles sont en outre, indépendamment l’une de l’autre, soumises à la houle. Or, l’accostage d’une pale sur le rotor qui doit la porter ou d’un générateur dans la nacelle qu’il doit équiper impose une approche quasi statique. Cela nécessite des conditions de mer et de vent très favorables, voire exceptionnelles. La seule solution réaliste connue est de ramener l’éolienne avec sa plateforme jusqu’à un port ou une zone abritée dans lequel l’entretien nécessaire peut se faire. Néanmoins, une telle solution est particulièrement consommatrice de temps, d’énergie et de moyens.

Le problème à résoudre consiste à trouver un procédé et des moyens pour changer une pale d’une éolienne, plus rapidement, plus simplement et de façon moins onéreuse qu’avec les procédés et moyens connus.

Pour résoudre ce problème, on peut utiliser un mât télescopique monté sur la plateforme qui supporte l’éolienne. Cette plateforme peut être une plateforme flottante comprenant plusieurs flotteurs reliés par une structure de poutrelles.

L’invention propose un procédé pour manipuler une charge pour un système comprenant une plateforme ayant des flotteurs reliés par une structure de poutrelles et une éolienne ayant un mât monté sur la plateforme, comprenant :

- la fourniture d’une charpente provisoire horizontale et la pose de cette charpente sur le système, en appui sur la plateforme ; et,

- le montage d’un engin de levage sur la charpente.

L'invention ne nécessite pas de retour au port, et seulement un bateau de dimension modeste équipé d’une grue conventionnelle pour l'offshore, ayant par exemple une capacité de quelques centaines de tonnes à trente mètres pour une hauteur sous crochet d'au moins 50m, avantageusement munie d’un compensateur de houle. Ce type de bateaux est facilement mobilisable et relativement peu coûteux ; les techniques sont éprouvées.

De préférence, les moyens de levage comprennent un fût vertical et, au sommet du fût, un outil pour porter la charge. Par exemple, l’outil peut comprendre des moyens pour manipuler une pale pour l’éolienne ou des moyens de grue. Avantageusement, le fût comprend des éléments télescopables entre eux.

De préférence, la charpente est disposée de sorte qu’elle comprend au moins deux emplacements pour y monter l’engin de levage, un des emplacements étant plus proche du mât de l’éolienne que l’autre emplacement.

Une extrémité de la charpente peut comprendre un chevêtre prévu pour prendre appui sensiblement sur une paroi périphérique d’un flotteur de la plateforme. Un pied du mât de l’éolienne peut comprendre une console pour y appuyer une extrémité de la charpente.

Une extrémité de la charpente peut prendre appui sur un pied du mât, et, une autre extrémité de cette charpente prendre appui sur un flotteur.

Une extrémité de la charpente peut prendre appui sur un flotteur porteur du mât.

Alternativement, chaque extrémité de la charpente peut prendre appui sur une poutrelle respective de la plateforme.

Aussi, la charpente a avantageusement une section transversale en forme de « U » inversé et comprend deux longerons portant ensemble un tablier, de sorte que l’on peut disposer la charpente au-dessus d’une passerelle du système.

Plusieurs modes d’exécution de l’invention seront décrits ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

illustre schématiquement, par une vue d’ensemble en élévation, un premier procédé pour entretenir une éolienne dans lequel on utilise un outil fixé au sommet d’un fût télescopique porté par un flotteur d’une plateforme supportant l’éolienne ;

illustre schématiquement, par une vue d’ensemble en perspective, un deuxième procédé pour entretenir une éolienne qui diffère de celui illustré à la en ce que le fût télescopique est ici porté par une charpente disposée entre un flotteur et le mât de l’éolienne ;

illustre schématiquement, par une vue d’ensemble en élévation, le changement d’une pale de l’éolienne à l’aide du procédé illustré à la ;

illustre schématiquement, par une vue d’ensemble en élévation, la manipulation d’une charge lourde à l’aide du procédé illustré à la ;

illustre schématiquement, par une vue d’ensemble en perspective, un troisième procédé pour entretenir une éolienne qui diffère de ceux illustrés aux figures 1 et 2 en ce que le fût télescopique est ici porté par une charpente disposée entre deux flotteurs dont l’un supporte le mât de l’éolienne ;

illustre schématiquement et en perspective, des détails d’une charpente de support utilisée dans le procédé illustré à la ;

illustre schématiquement, par une vue d’ensemble en perspective, un quatrième procédé pour entretenir une éolienne qui diffère de deux des figures 2 à 8, en ce que le fût télescopique est porté par une charpente dont les extrémités s’appuient sur des poutrelles tubulaires reliant les flotteurs entre eux ; et,

illustre schématiquement un mode de mise en œuvre d’une charpente selon l’invention.

Dans la description qui suit, certains termes utilisés, tels que « gauche » ou « droite » n’ont rien d’absolu et font généralement référence à une position sur une des figures sans qu’ils puissent être considérés comme une limitation à la portée de l’invention. Aussi, le mât de l’éolienne est considéré comme vertical pour simplifier la description, bien que sa position soit dans la réalité soumise aux effets de la houle et du vent.

La illustre un système d’éolienne 1. Dans l’exemple illustré, le système comprend une éolienne 2 montée sur une plateforme flottante 3. La plateforme 3 comprend des flotteurs 4 et une structure rigide 6. Les flotteurs sont généralement au nombre de trois ou quatre. L’éolienne s’étend verticalement selon un axe principal X1 de l’éolienne et les flotteurs sont régulièrement répartis autour de cet axe X1. La structure 6 comprend des poutrelles tubulaires reliant les flotteurs entre eux ; elle supporte l’éolienne 2. Un tel système d’éolienne flottante est notamment connu du document FR 3 053 020 A1 (Dietswell).

Dans cet exemple, l’éolienne comprend un mât 7 tubulaire reposant sur la structure 6 et s’étendant verticalement vers le haut, selon l’axe principal X1. Il porte en son sommet une nacelle 8 dont l’unique rotor 9 comprend trois pales 11 fixées à une ogive 12. Le mât comprend un pied tubulaire 10 qui s’étend sensiblement sur une même hauteur que les flotteurs 4. La structure 6 comprend notamment des poutrelles tubulaires 6A qui relie les flotteurs 4 entre eux et qui relient le pied 7A du mât aux flotteurs.

La illustre le changement d’une pale 11A par un procédé selon l’invention à l’aide d’un engin de levage 14 comprenant un fût 15. L’engin 14 est monté au sommet d’un flotteur porteur 4A parmi les flotteurs 4 de la plateforme 3. Le fût 15 est vertical autour d’un axe de levage X15 ; dans l’exemple illustré, il comprend six éléments tubulaires 16 montés verticalement coulissants l’un dans l’autre. L’engin 14 est équipé, au sommet du fût, d’un outil de préhension 18 pour la pale 11A qui est en cours de changement.

Une barge 19 est stationnée à proximité du système d’éolienne 1. Elle est équipée d’une grue 20 à flèche basculante en treillis. La barge 19 est utilisée pour apporter la pale 11A si elle est nouvelle ou emporter cette pale si elle est endommagée ; elle permet de faire l’échange entre une pale endommagée et une pale de remplacement. Dans l’exemple illustré la barge 19 est du type Jack-up ; si les fonds marins sont trop profonds, on peut utiliser une barge maintenue flottante au voisinage du système 1.

Cependant, ce procédé sollicite particulièrement le plancher 21 qui ferme le flotteur à son extrémité supérieure ; ce qui nécessite de renforcer le plancher, ce qui alourdit notablement le flotteur. Dans le cas d’un champ d’éoliennes, il faudrait renforcer le plancher de chaque plateforme, au cas peu probable où une opération de maintenance lourde serait nécessaire sur l’une d’elle. Ceci aurait un coût excessif.

Dans les exemples qui seront décrits par la suite, en référence aux figures 2 à 10, on utilise une charpente 30 qui sert d’appui intermédiaire à l’engin de levage 14. Dans ces exemples, la charpente prend la forme d’une poutre de type treillis.

Dans un deuxième mode de réalisation, illustré aux figures 2 à 4, l’éolienne 2, comme dans l’exemple de la , est centrée relativement aux flotteurs ; les flotteurs sont ici au nombre de trois, régulièrement répartis autour du pied 10 du mât de l’éolienne 2. Une première extrémité 31 de la charpente 30 repose sur le pied 10 du mât 7 et une deuxième extrémité 32 de la charpente repose sur un flotteur 4A. Le pied porte une console 33 qui s’étend en direction du flotteur d’appui 4A, sur laquelle repose la première extrémité 31 de la charpente. La deuxième extrémité 32 comprend un chevêtre transversal 34 qui permet de reporter les charges sensiblement sur la paroi périphérique cylindrique 36 du flotteur porteur 4A suffisamment rigide pour en supporter le poids sans qu’il soit nécessaire de la renforcer notablement pour ce seul usage.

L’exemple des figures 2 et 3, similaire à celui de la , illustre la manipulation d’une pale 11A. L’engin de levage 14 est disposé à proximité de la deuxième extrémité 32 de la charpente 30, de sorte que lors de sa manipulation le centre de gravité G de la pale 11A soit toujours aussi peu éloigné que possible de l’aplomb du fût 15 de l’engin 14. La présence du chevêtre permet de disposer le fût 15 sensiblement dans le prolongement du flotteur d’appui 4A, sans en solliciter le plancher 21.

L’exemple de la illustre la manipulation d’une charge lourde 37 pour l’équipement de la nacelle 8 de l’éolienne 2. Le sommet du fût de l’engin de levage 14 est équipé d’une grue sommitale 38, adaptée au levage de la charge 17, en remplacement de l’outil 18 utilisé pour manipuler une pale. Le fût est disposé sur la structure 30, plus proche de la première extrémité 31 que de de la deuxième extrémité 32, de sorte que la portée nécessaire pour le levage de la charge soit réduite au minimum ; cela permet de limiter le poids de la grue sommitale, de limiter le moment de flexion exercé sur le fût, et ainsi, d’utiliser un fût plus léger.

Dans un troisième mode de réalisation, illustré aux figures 5 à 7, les flotteurs sont au nombre de trois. À la différence des exemples précédemment décrits, c’est un flotteur de base 4B, parmi les trois flotteurs 4, qui sert de pied au mât de l’éolienne 2. Le plancher qui ferme le sommet du flotteur de base 4B forme autour du mât une margelle annulaire 41. Une première extrémité 31 de la charpente 30 repose sur la margelle 41 et une deuxième extrémité 32 de la charpente repose sur un flotteur porteur 4A. Pour chacune des deux extrémités 31, 32, l’appui de la charpente se fait sensiblement sur la paroi périphérique cylindrique 36 des flotteurs 4A, 4B, suffisamment rigide pour en supporter le poids sans qu’il soit nécessaire de la renforcer notablement pour ce seul usage.

L’exemple des figures 5 et 6, similaire à ceux des figures 2 et 3, illustre la manipulation d’une pale 11A. L’engin de levage 14 est disposé à distance des deux extrémités 31, 32 de la charpente 30, de sorte que lors de sa manipulation le centre de gravité G de la pale 11A soit toujours aussi peu éloigné que possible de l’aplomb du fût 15 de l’engin 14.

L’exemple de la , similaire à celui de la , illustre la manipulation d’une charge lourde 37 pour l’équipement de la nacelle 8 de l’éolienne 2. Le sommet du fût de l’engin de levage 14 est équipé de la grue sommitale 38. Le fût est disposé sur la structure 30, plus proche de la première extrémité 31 que de la deuxième extrémité 32, de sorte que la portée nécessaire pour le levage de la charge 37 soit réduite au minimum.

La , est une vue agrandie et en perspective de la charpente 30, sensiblement dans la direction notée D8 à la . On peut voir à la que la plateforme 3 comprend une passerelle piétonne 46 qui relie le planchers 21, du flotteur porteur 4A et la margelle 41 du flotteur de base 4B afin que du personnel d’exploitation de l’éolienne puisse passer d’un flotteur à l’autre.

La charpente 30 a une section en forme de « U » inversé, comprenant deux longerons 50, chacun disposé de part et d’autre de la passerelle 48 ; elle comprend en outre un tablier longitudinal 52, reliant les deux longerons 50 entre eux et surplombant la passerelle 48. Cette disposition permet d’utiliser la structure 30 sans modifier la plateforme 3.

La illustre un quatrième mode de réalisation pour l’invention. Dans cet exemple, comme dans ceux des figures 5 à 8, l’éolienne est fixée sur un flotteur de base 4B. Le sommet du flotteur de base est relié au sommet de chacun des deux autres flotteurs par une poutrelle horizontale respective 6A de la structure 3. Chaque extrémité de la charpente 30 repose sur une poutrelle 6A respective ; la charpente forme avec les poutrelles un triangle sensiblement équilatéral dont la charpente est la base et dont l’éolienne occupe le sommet opposé à la base. Le fût 15 est fixé sensiblement à mi-distance des extrémités de la charpente.

Ici, l’engin de levage 14 comme aux figures 1, 2 et 5 est utilisé pour manipuler une pale 11A. Pour manipuler une charge lourde, la poutre peut être rapprochée du mât 7 de l’éolienne, tout en conservant une configuration similaire.

La illustre des moyens utilisables pour positionner une charpente 10 selon l’invention sur la structure 3 d’un système d’éolienne, par exemple sur deux flotteurs 4 voisins. Dans l’exemple illustré, chaque flotteur porte une perche 56, 57 respective, toutes deux sensiblement verticales. Une première perche 56 est plus haute que la deuxième perche 57. Chaque perche est prévue pour venir s’emboiter dans un logement 58 respectif formé à une extrémité respective de la charpente 30.

Lors de la mise en place de la charpente sur la structure, la première perche pénètre d’abord dans le logement qui lui est réservé, ce qui permet de positionner l’extrémité correspondante de la charpente. Une fois que cette première extrémité est correctement positionnée et maintenue par la première perche 56, il reste à faire pénétrer la deuxième perche, plus petite, dans son propre logement 58, afin de positionner et maintenir la deuxième extrémité de la charpente. Une telle disposition permet de mettre en place la charpente sur la structure depuis une barge, sans que personne n’ait à intervenir sur la structure ou sur la charpente ; ceci garantie une sécurité optimisée du personnel d’entretien. Une fois posée sur un flotteur, la charpente y est fixée pour éviter tout risque de glissement ou de décollement.

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.

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.

Ainsi, au lieu de perches de hauteurs différentes, on peut utiliser des logements de hauteurs différentes, ou toute autre disposition intermédiaire, de sorte qu’une perche vienne en prise avec son logement avant l’autre perche. Aussi, les perches peuvent être sur la charpente et les logements sur la structure.

Dans les descriptions ci-dessous, la charpente est en forme de poutre, avec une seule dimension principale ; une charpente selon l’invention pourrait aussi avoir deux dimensions principales et s’appuyer sur 3 appuis, par exemple sur trois flotteurs différents.

Aussi, le procédé n’est pas limité aux plateformes précédemment décrites. Il peut être utilisé sur d’autres type de plateformes, notamment des plateformes semi-submersibles : ayant quatre flotteurs et un mat central type XCF, ayant quatre flotteurs et un mat excentré, en T type Tri-Floater de NOV, ou, à deux turbines type Hexicon. Il est aussi applicable aux barges, par exemple de type BW-Ideol.

Dans chacun des cas, l’utilisation d’une charpente selon l’invention permet de changer une pale ou des éléments de la nacelle, de préférence avec une distance entre l’outil utilisé et le mât qui puisse varier, afin de limiter les moments dans le fût de l’engin de levage. En outre, une telle charpente permet de minimiser les renforts nécessaires à une telle opération en s'appuyant sur des points durs préexistants de la plateforme.

Claims

Procédé pour manipuler une charge (11A, 37) pour un système (1) comprenant une éolienne (2) et une plateforme (3) flottante, notamment une plateforme ayant des flotteurs (4) reliés par une structure de poutrelles (6), ladite éolienne (2) ayant un mât (7) monté sur ladite plateforme, caractérisé en ce qu’il comprend :
- la fourniture d’une charpente (30) provisoire sensiblement horizontale et la pose de ladite charpente sur le système, en appui sur ladite plateforme ; et,
- le montage d’un engin de levage (14) sur ladite charpente.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de levage comprennent un fût vertical (15) et, au sommet du fût, un outil (18 ; 38) pour porter la charge.
Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’outil (18) comprend des moyens pour manipuler une pale pour l’éolienne.
Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’outil (38) comprend des moyens de grue (38).
Procédé selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le fût comprend des éléments (16) télescopables entre eux.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la charpente est disposée de sorte qu’elle comprend au moins deux emplacements pour y monter ledit engin, un desdits emplacements étant plus proche du mât (7) de l’éolienne (2) que l’autre emplacement.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’une extrémité (32) de la charpente comprend un chevêtre (34) prévu pour prendre appui sensiblement sur une paroi périphérique (36) d’un flotteur (4A) de la plateforme (3).
Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’un pied (10) du mât de l’éolienne comprend une console pour y appuyer une extrémité (31) de la charpente.
Procédé selon l’une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu’une extrémité (31) de la charpente prend appui sur un pied du mât, et, une autre extrémité (32) de ladite charpente prend appui sur un flotteur (4A).
Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’une extrémité (31) de la charpente prend appui sur un flotteur (4B) porteur du mât (7).
Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque extrémité de la charpente prend appui sur une poutrelle (6A) respective de la plateforme (3).
Procédé selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce la charpente a une section transversale en forme de « U » inversé et comprend deux longerons (50) portant ensemble un tablier (52), de sorte que l’on peut disposer ladite charpente au-dessus d’une passerelle (48) du système (1).