WO2018185309A1 - Flotteur par exemple d'éolienne offshore - Google Patents

Flotteur par exemple d'éolienne offshore Download PDF

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WO2018185309A1
WO2018185309A1 PCT/EP2018/058902 EP2018058902W WO2018185309A1 WO 2018185309 A1 WO2018185309 A1 WO 2018185309A1 EP 2018058902 W EP2018058902 W EP 2018058902W WO 2018185309 A1 WO2018185309 A1 WO 2018185309A1
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wind turbine
offshore wind
pontoon
columns
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Cyrille Moiret
Bruno RADIGUET
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Naval Energies
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    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Definitions

  • the present invention relates to a float including offshore wind.
  • This document describes such a semi-submersible wind turbine float, which comprises at least four columns, for example steel, including a central column, and at least three outer columns, connected to the central column by pontoon-shaped branches, for example in concrete.
  • the outer columns are connected to the central column in a star configuration.
  • the outer columns and the pontoon-shaped legs of this float also include ballasts, to adjust the buoyancy level of this float.
  • Floats of this nature are called hybrid because they use a mixed structure for example steel for columns and concrete for the pontoon-shaped branches that connect the columns together.
  • ballasts means for pumping out these ballasts are also provided.
  • the pontoon-shaped reinforced concrete elements connecting each outer column to the central column need to be prestressed to ensure a certain overall monolithism of the float structure.
  • the main problem that arises is the integration and anchoring of the various plies of post-stress cables that run in the pontoons and intersect in the central node connecting the branches of the float.
  • the arrangement of the cables of the cable layers and the technical devices implemented for their anchoring are among the keys to the use of semi-floats. submersible hybrid technology, in particular to ensure a good mechanical strength.
  • the present invention aims to advance the architecture of this type of floats.
  • the invention relates to a float including offshore wind, comprising at least four columns, including a central column and three outer columns, connected to the central column by pontoon-shaped branches made of concrete and provided with post-stress cable network, characterized in that the cables of the plies have anchor ends provided with anchoring means embedded in corresponding projecting portions of these branches.
  • each pontoon-shaped branch comprises a layer of post-stressing cables in its upper part and in its lower part;
  • At least the outer columns of the float are fixed on pontoon-shaped branches by flanges;
  • the or each column is welded to the corresponding flange
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view illustrating an embodiment of an offshore wind turbine according to the invention
  • FIG. 2 illustrates post-stress cable plies integrated in pontoon-shaped branches of such a float
  • FIGS. 3, 4 and 5 illustrate details of these cable plies respectively in the general structure of the float, at one end of a pontoon-shaped branch intended to receive a column and at the level of the central part. of this float;
  • FIGS. 6 and 7 illustrate, in greater detail, projecting portions for receiving anchoring means of the post-stressing cables, respectively at an outer column and a central column;
  • FIG. 8 shows a sectional view illustrating these anchoring means cables
  • FIG. 9 shows perspective views illustrating an alternative embodiment of such a float.
  • FIG. 1 a hybrid float, in particular an offshore wind turbine, has been illustrated.
  • This offshore wind turbine is designated by the general reference 1 in these figures, and the float thereof is designated by the general reference 2.
  • hybrid is used to describe a float using at least two different materials to make different parts thereof.
  • such a float 2 may comprise at least four columns, made for example of steel, including a central column, designated by the general reference 3, and three outer columns, designated by references 4, 5 and 6 respectively in these figures.
  • central column 3 and the outer columns 4, 5 and 6 may be columns for example of steel or other and have a cylindrical section, while the pontoon-shaped branches may be made of concrete and have a polygonal box section, such as rectangular or square.
  • the outer columns and the pontoon-shaped branches may comprise ballasts which are not the subject of the present application and which are therefore not represented.
  • these pontoon-shaped branches are made of concrete in which post-stress cable plies are integrated. These are for example illustrated in Figure 2, which is generally recognized, the wind turbine 1 and columns 3, 4, 5 and 6.
  • Each outer column 4, 5 and 6 is then connected to the central column 3, by a pontoon-shaped branch, provided as illustrated, post-stress cable plies.
  • each pontoon-shaped branch 8, 9 and 10 comprises a sheet of post-stress cables in its upper part and in its lower part.
  • the pontoon-shaped branch 8 comprises a layer of post-stress cables in its upper part, designated by the general reference 1 1 and in its lower part, designated by the general reference 12.
  • the corresponding cable plies for the branches 9 and 10 are designated respectively by the references 13 and 14 and 15 and 16, for their upper and lower plies respectively.
  • These pontoon-shaped branches also have the right of each column, the anchor cable plies of the columns, respectively 17, 18, 19 and 20.
  • These anchor cable plies serve, for example, to fix corresponding fastening flanges of the columns, flanges on which these columns may be fixed by bolting, welding or the like.
  • FIGS. 3, 4 and 5 The detail of the arrangement of these plies of post-stress and anchoring cables is illustrated in FIGS. 3, 4 and 5.
  • the post-stressing cable plies designated by 1 1, 12, 13, 14, 15 and 16, pontoon-shaped branches and the cable plies are recognized. anchoring 17, 18, 19 and 20, fixing the flanges of the columns.
  • Figure 4 is a detail view and on an enlarged scale, illustrating the arrangement of these cable plies at one end of a pontoon-shaped branch, for fixing a column.
  • the post-stress cable plies for example 1 1 and
  • FIG. 5 illustrates an example of crossing of the post-stress cable plies of the various pontoon-shaped branches at the level of the central column.
  • these cable plies are for example superimposed on each other and can then cross.
  • the ply cords have anchor ends provided with anchoring means, embedded in corresponding projecting portions of the pontoon-shaped branches, after the tensioning and injection operations of the anchoring elements. ducts.
  • FIG. 7 illustrates, for its part, the corresponding projecting parts, for example
  • the anchoring means are for example formed by any anchoring member or appropriate anchoring device, such as that designated by the general reference 24 in Figure 8. They can be protected by a cover for the injection of the conduits (sleeves) post-stress cables.
  • This anchoring device is for example placed on each end of a cable of a web and is embedded in a corresponding projecting portion for example 21 of a pontoon-shaped branch for example 8 of the float.
  • FIGS. 9 and 10 show an alternative embodiment of such a float.
  • the wind turbine 101 comprises a float 102, provided with five columns, namely a central column 103 and four outer columns 104, 105, 106 and 107 respectively, connected by pontoon-shaped branches respectively 108, 109, 1 10 and 1 1 1.
  • the number of post-stressing cable plies is reduced, insofar as these extend between the corresponding zones of two diametrically opposite columns. There is then in this case only two layers of cables superimposed and not three, as in the example described above.
  • the invention makes it possible to facilitate the production of this type of float, while improving the connection between the columns, in particular by eliminating the fatigue force and thus limiting the cracking of the concrete.

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Abstract

L'invention concerne un flotteur (2) notamment d'éolienne offshore (1), comportant au moins quatre colonnes (3, 4, 5, 6), dont une colonne centrale (3) et trois colonnes extérieures (4, 5, 6), raccordées à la colonne centrale par des branches en forme de ponton (8, 9, 10) réalisées en béton et munies de nappes de câbles de post-contrainte (11, 12, 13, 14, 15, 16), caractérisé en ce que les câbles des nappes (11, 12, 13, 14, 15, 16) présentent des extrémités d'ancrage munies de moyens d'ancrage noyés dans des parties en saillie correspondantes de ces branches.

Description

FLOTTEUR PAR EXEMPLE D'EOLIENNE OFFSHORE
La présente invention concerne un flotteur notamment d'éolienne offshore.
De tels flotteurs sont déjà connus dans l'état de la technique, comme par exemple par le document WO 2014/031009.
Ce document décrit un tel flotteur semi-submersible d'éolienne, qui comporte au moins quatre colonnes par exemple en acier, dont une colonne centrale, et au moins trois colonnes extérieures, raccordées à la colonne centrale par des branches en forme de ponton par exemple en béton.
Dans ce document, les colonnes extérieures sont reliées à la colonne centrale selon une configuration en étoile.
Les colonnes extérieures et les branches en forme de ponton de ce flotteur comportent également des ballasts, permettant de régler le niveau de flottabilité de ce flotteur.
Ceci permet par exemple le transport et l'installation de cette éolienne sur un site de production d'électricité.
Les flotteurs de cette nature sont dits hybrides, car ils utilisent une structure mixte par exemple en acier pour les colonnes et en béton pour les branches en forme de ponton qui relient les colonnes entre elles.
Dans le document antérieur mentionné précédemment, des moyens de vidange par pompage de ces ballasts sont également prévus.
Ces moyens de pompage permettent en effet de pomper de l'eau hors de ces ballasts pour modifier la flottabilité de l'ensemble.
Ce document antérieur décrit donc de façon générale le concept de flotteur hybride.
Pour une architecture de flotteur semi-submersible de type hybride, les éléments en béton armé en forme de ponton reliant chaque colonne extérieure à la colonne centrale, nécessitent d'être précontraints pour assurer un certain monolithisme d'ensemble de la structure du flotteur.
La problématique principale qui se pose est l'intégration et l'ancrage des différentes nappes de câbles de post-contrainte qui cheminent dans les pontons et se croisent dans le nœud central de connexion des branches du flotteur.
L'agencement des câbles des nappes de câbles et les dispositifs techniques mis en œuvre pour leur ancrage font partie des clés pour l'utilisation de flotteurs semi- submersibles de technologie hybride, notamment afin de leur assurer une bonne tenue mécanique.
Enfin, ces flotteurs doivent être facilement réalisables industriellement et à un coût réduit.
La présente invention a pour but de faire progresser l'architecture de ce type de flotteurs.
A cet effet, l'invention a pour objet un flotteur notamment d'éolienne offshore, comportant au moins quatre colonnes, dont une colonne centrale et trois colonnes extérieures, raccordées à la colonne centrale par des branches en forme de ponton réalisées en béton et munies de réseaux de câbles de post-contrainte, caractérisé en ce que les câbles des nappes présentent des extrémités d'ancrage munies de moyens d'ancrage noyés dans des parties en saillie correspondantes de ces branches.
Suivant d'autres caractéristiques du flotteur selon l'invention, prises seules ou en combinaison :
- chaque branche en forme de ponton comporte une nappe de câbles de postcontrainte dans sa partie supérieure et dans sa partie inférieure ;
- les nappes de câbles sont superposées au niveau de la partie centrale du flotteur ;
- les colonnes sont en acier ;
- au moins les colonnes extérieures du flotteur sont fixées sur des branches en forme de ponton par des brides ;
- la ou chaque colonne est soudée sur la bride correspondante ;
- la ou chaque colonne est boulonnée sur la bride correspondante.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 représente une vue en perspective schématique illustrant un exemple de réalisation d'un flotteur d'éolienne offshore selon l'invention ;
- la figure 2 illustre des nappes de câbles de post-contrainte intégrées dans des branches en forme de ponton d'un tel flotteur ;
- les figures 3, 4 et 5 illustrent des détails de ces nappes de câbles respectivement dans la structure générale du flotteur, au niveau d'une extrémité d'une branche en forme de ponton destinée à recevoir une colonne et au niveau de la partie centrale de ce flotteur ; - les figures 6 et 7 illustrent de façon plus détaillée des parties en saillie de réception de moyens d'ancrage des câbles de post-contrainte, respectivement au niveau d'une colonne extérieure et d'une colonne centrale ;
- la figure 8 représente une vue en coupe illustrant ces moyens d'ancrage des câbles ; et
- les figures 9 et 10 représentent des vues en perspective illustrant une variante de réalisation d'un tel flotteur.
On a en effet illustré sur ces figures, et en particulier sur la figure 1 , un flotteur hybride notamment d'éolienne offshore.
Cette éolienne offshore est désignée par la référence générale 1 sur ces figures, et le flotteur de celle-ci est désigné par la référence générale 2.
Dans la présente demande, le terme hybride est utilisé pour décrire un flotteur utilisant au moins deux matériaux différents pour réaliser des parties différentes de celui- ci.
Ainsi et comme cela a été indiqué dans le document antérieur mentionné précédemment, un tel flotteur 2 peut comporter au moins quatre colonnes, réalisées par exemple en acier, dont une colonne centrale, désignée par la référence générale 3, et trois colonnes extérieures, désignées par les références 4, 5 et 6 respectivement sur ces figures.
Ces colonnes extérieures 4, 5 et 6 sont raccordées à la colonne centrale 3 par des branches en forme de ponton en béton, désignées par les références 8, 9 et 10 respectivement.
Bien entendu d'autres matériaux comme par exemple des matériaux composites peuvent être utilisés.
Comme cela a été indiqué précédemment également, la colonne centrale 3 et les colonnes extérieures 4, 5 et 6 peuvent être des colonnes par exemple en acier ou autre et présenter une section cylindrique, tandis que les branches en forme de ponton peuvent être réalisées en béton et présenter une section en caisson polygonale, comme par exemple rectangulaire ou carrée.
De façon classique également, dans ce type de flotteurs, les colonnes extérieures et les branches en forme de ponton peuvent comporter des ballasts qui ne font pas l'objet de la présente demande et qui ne sont donc pas représentés.
Comme cela a été indiqué précédemment également, ces branches en forme de ponton sont réalisées en béton dans lequel sont intégrées des nappes de câbles de post- contrainte. Ceux-ci sont par exemple illustrés sur la figure 2, où l'on reconnaît de façon générale, l'éolienne 1 et les colonnes 3, 4, 5 et 6.
Chaque colonne extérieure 4, 5 et 6 est alors raccordée à la colonne centrale 3, par une branche en forme de ponton, munie comme cela est illustré, de nappes de câbles de post-contrainte.
En fait, dans l'exemple décrit, chaque branche en forme de ponton 8, 9 et 10 comporte une nappe de câbles de post-contrainte dans sa partie supérieure et dans sa partie inférieure.
Ainsi, par exemple, si l'on prend le cas de la branche en forme de ponton 8, on peut constater sur la figure 2 en particulier, que celle-ci comporte une nappe de câbles de post-contrainte dans sa partie supérieure, désignée par la référence générale 1 1 et dans sa partie inférieure, désignée par la référence générale 12.
Les nappes de câbles correspondants pour les branches 9 et 10, sont désignées respectivement par les références 13 et 14 et 15 et 16, pour leurs nappes inférieures et supérieures respectivement.
Ces branches en forme de ponton comportent également au droit de chaque colonne, les nappes de câbles d'ancrage des colonnes, respectivement 17, 18, 19 et 20.
Ces nappes de câbles d'ancrage servent par exemple à fixer des brides de fixation correspondantes des colonnes, brides sur lesquelles ces colonnes peuvent être fixées par boulonnage, soudage ou autres.
Le détail de la disposition de ces nappes de câbles de post-contrainte et d'ancrage est illustré sur les figures 3, 4 et 5.
On reconnaît en effet sur ces figures et notamment sur la figure 3, les nappes de câbles de post-contrainte désignés par 1 1 , 12, 13, 14, 15 et 16, des branches en forme de ponton et les nappes de câbles d'ancrage 17, 18, 19 et 20, de fixation des brides des colonnes.
La figure 4 est une vue de détail et à échelle agrandie, illustrant la disposition de ces nappes de câbles au niveau d'une extrémité d'une branche en forme de ponton, de fixation d'une colonne.
En fait, dans ce cas, les nappes de câbles de post-contrainte, par exemple 1 1 et
12, destinées à entrer dans la constitution de la branche en forme de ponton correspondante, par exemple 8, présentent des extrémités d'ancrage munies de moyens d'ancrage destinés à être noyés dans des parties en saillie correspondantes de ces branches.
Ces extrémités sont désignées par les références générales 1 1 a et 12a respectivement. Sur la figure 5, on a illustré un exemple de croisement des nappes de câbles de post-contrainte des différentes branches en forme de ponton, au niveau de la colonne centrale.
Comme cela est illustré, ces nappes de câbles sont alors par exemple superposées les uns sur les autres et peuvent alors se croiser.
Comme cela a été indiqué précédemment, les câbles des nappes présentent des extrémités d'ancrage munies de moyens d'ancrage, noyés dans des parties en saillie correspondantes des branches en forme de ponton, après les opérations de mise en tension et d'injection des conduits.
Ceci est par exemple illustré sur les figures 6, 7 et 8.
On a par exemple représenté sur la figure 6, une extrémité libre de la branche 8 en forme de ponton.
Celle-ci comporte alors des parties en saillie correspondantes, par exemple 21 et
22, destinées à recevoir les moyens d'ancrage des extrémités d'ancrage des nappes de câbles de post-contrainte notamment.
La figure 7 illustre quant à elle, les parties en saillie correspondantes par exemple
23, au niveau de la partie centrale du flotteur où se rejoignent par exemple les branches 8, 9 et 10 de celui-ci.
Les moyens d'ancrage sont par exemple formés par tout organe d'ancrage ou dispositif d'ancrage approprié, tel que celui désigné par la référence générale 24 sur la figure 8. Ils peuvent être protégés par un capot destinés à l'injection des conduits (gaines) des câbles de post-contrainte.
Ce dispositif d'ancrage est par exemple placé sur chaque extrémité d'un câble d'une nappe et est noyé dans une partie en saillie correspondante par exemple 21 d'une branche en forme de ponton par exemple 8 du flotteur.
Bien entendu d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés.
Ainsi par exemple, on a illustré sur les figures 9 et 10 une variante de réalisation d'un tel flotteur.
Dans cette variante, l'éolienne 101 comporte un flotteur 102, muni de cinq colonnes, à savoir une colonne centrale 103 et quatre colonnes extérieures 104, 105, 106 et 107 respectivement, raccordées par des branches en forme de ponton respectivement 108, 109, 1 10 et 1 1 1 .
Dans cet exemple de réalisation, le nombre de nappes de câbles de postcontrainte est réduit, dans la mesure où ceux-ci s'étendent entre les zones correspondantes de deux colonnes diamétralement opposées. Il n'y a alors dans ce cas que deux nappes de câbles se superposant et non pas trois, comme dans l'exemple décrit précédemment.
On conçoit alors que l'invention permet de faciliter la réalisation de ce type de flotteurs, tout en améliorant la liaison entre les colonnes notamment en supprimant l'effort de fatigue et donc en limitant la fissuration du béton.
Ceci permet également de réduire la masse de l'ouvrage tout en augmentant sa durabilité.
Bien entendu d'autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Flotteur (2) notamment d'éolienne offshore (1 ), comportant au moins quatre colonnes (3, 4, 5, 6), dont une colonne centrale (3) et trois colonnes extérieures (4, 5, 6), raccordées à la colonne centrale par des branches en forme de ponton (8, 9, 10) réalisées en béton et munies de nappes de câbles de post-contrainte (1 1 , 12, 13, 14, 15, 16), caractérisé en ce que les câbles des nappes (1 1 , 12, 13, 14, 15, 16) présentent des extrémités d'ancrage munies de moyens d'ancrage (24) noyés dans des parties en saillie correspondantes (21 , 22, 23) de ces branches.
2. - Flotteur (2) notamment d'éolienne offshore (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque branche (8, 9, 10) en forme de ponton comporte une nappe de câbles de post-contrainte dans sa partie supérieure (1 1 , 14, 16) et dans sa partie inférieure (12, 13, 15).
3. - Flotteur (2) notamment d'éolienne offshore (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les nappes de câbles (1 1 , 12, 13, 14, 15, 16) sont superposées au niveau de la partie centrale du flotteur (2).
4. - Flotteur (2) notamment d'éolienne offshore (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les colonnes (3, 4, 5, 6) sont en acier.
5. - Flotteur (2) notamment d'éolienne offshore (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins les colonnes extérieures (4, 5,
6) du flotteur (2) sont fixées sur des branches en forme de ponton (8, 9, 10) par des brides.
6. - Flotteur (2) notamment d'éolienne offshore (1 ) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la ou chaque colonne (3, 4, 5, 6) est soudée sur la bride correspondante.
7. - Flotteur (2) hybride notamment d'éolienne offshore selon la revendication 5, caractérisé en ce que la ou chaque colonne (3, 4, 5, 6) est boulonnée sur la bride correspondante.
PCT/EP2018/058902 2017-04-07 2018-04-06 Flotteur par exemple d'éolienne offshore WO2018185309A1 (fr)

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