WO2024079216A1 - Installation flottante ou semi-submersible avec éolienne - Google Patents

Installation flottante ou semi-submersible avec éolienne Download PDF

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WO2024079216A1
WO2024079216A1 PCT/EP2023/078250 EP2023078250W WO2024079216A1 WO 2024079216 A1 WO2024079216 A1 WO 2024079216A1 EP 2023078250 W EP2023078250 W EP 2023078250W WO 2024079216 A1 WO2024079216 A1 WO 2024079216A1
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WO
WIPO (PCT)
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installation according
installation
wind turbine
hull
partitions
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/078250
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English (en)
Inventor
Grégoire VAILLANT
Philippe MANIERE
Original Assignee
Technip Energies France
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Filing date
Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B11/00—Interior subdivision of hulls
    • B63B11/02—Arrangement of bulkheads, e.g. defining cargo spaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/25—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation
    • F03D13/256—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation on a floating support, i.e. floating wind motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/4433—Floating structures carrying electric power plants
    • B63B2035/446—Floating structures carrying electric power plants for converting wind energy into electric energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/95—Mounting on supporting structures or systems offshore

Definitions

  • TITLE Floating or semi-submersible installation with wind turbine
  • the present invention relates to floating or semi-submersible installations comprising a hull and a wind turbine anchored in the hull.
  • One solution of the present invention is a floating or semi-submersible installation 1 comprising a deck 2, a hull 3, with the deck covering the hull so as to form an enclosed space compartmentalized by partitions 4, and a wind turbine 5 having a mast the base 6 of which is located below the deck and fixed to at least two of said partitions 4 by means of a foundation system 7 comprising free spaces 9, 10.
  • hull means the envelope of the boat located under the deck.
  • free spaces will mean spaces not occupied by the structure of the foundation system or by the base of the wind turbine mast.
  • the free spaces in the foundation system represent between 50 and 75% of the volume of the foundation system. Note that these percentages do not take into account the volume between the shell and the foundation system since this volume is not part of the foundation system.
  • the wind turbine 5 will preferably be orientable so as to orient the blades of the wind turbine according to the wind.
  • the installation could preferably be mobile so as to also ensure partial alignment of the wind turbine with existing wind conditions.
  • Figure 1A represents a side view of an installation according to the invention.
  • Figure 1B more specifically represents a view of a cross section of the foundation system 7 fixed in two partitions 4.
  • the installation according to the invention may have one or more of the characteristics below:
  • ballast tank or storage compartment bulkheads are ballast tank or storage compartment bulkheads
  • the installation includes a free space 14 between the foundation system 7 and the shell 3;
  • the foundation system includes a parallelepiped frame
  • n will be between 1 and 4.
  • the central volume comprises vertical panels 11 fixed between the base of the mast and the walls of the central volume; preferably the vertical panels will have a height similar to the height of the central volume; preferably the central volume will include between 4 and 16 vertical panels, uniformly distributed around the base of the wind turbine mast; preferably the vertical panels will be made of steel; These vertical panels will aim to transfer the forces from the wind turbine mast to the foundation system 7;
  • the frame is made of steel
  • the base of the wind turbine mast is fixed in the installation so as to limit translation movements in the 3 axes, preferably at a point located near the hull metacenter of the installation, preferably less than 30 meters from the hull metacenter of the installation;
  • the installation includes means 12 for transferring forces, fixed between the part of the wind turbine mast located above the bridge and the bridge itself;
  • the means 12 for transferring the forces will preferably be gussets;
  • the installation includes means 13 for transferring forces, fixed between the base of the foundation system and the partitions; the means 13 will preferably be chosen from horizontal gussets or vertical gussets;
  • the installation is an installation for the geological sequestration of carbon dioxide and it comprises a storage compartment for carbon dioxide in the liquid state, located in the space formed by the hull and the deck, and a device for injection, capable of injecting carbon dioxide into an underwater geological reservoir, from said storage compartment;
  • the wind turbine is capable of producing energy and powering the injection device
  • the installation includes a body for storing the energy produced by the wind turbine, preferably a battery for storing the energy produced by the wind turbine;
  • the storage unit combined with the wind turbine allows continuous use of energy given that the wind turbine provides variable energy over time;
  • the installation is a ship, floating unit or barge.
  • Figure 2 represents a 3D view of the foundation system 7 with its different volumes 8, 9, 10, the base of the wind turbine mast 6, and the different means for transferring the forces 11, 12, 13.
  • Figure 3 represents a 3D view of the block formed by the wind turbine mast, the foundation system 7, the partitions 4, the deck 2 and the hull 3. We can clearly see that the installation includes a space free 14 between the foundation system 7 and the shell 3.
  • the solution proposed by the present invention allows the installation of a wind turbine on a floating or semi-submersible unit avoiding the use of foundations created on the bottom of the hull itself, as is often the case on offshore oil and gas units for the installation of heavy equipment (by “heavy equipment” we mean equipment weighing more than 4 tonnes).
  • the installation of this heavy equipment on offshore units usually requires the use of large quantities of steel (for example between 8 and 10% of the weight of the heavy equipment carried) in the foundations whose sole purpose is the transfer of forces to the hull of the boat.
  • These foundations are made of steel or reinforced concrete depending on the material used for the hull.
  • the solution proposed by the present invention has the advantage of using already existing partition structures, ballast partitions or compartment separation partitions, while limiting the recess in the height of the space between the deck and the hull.
  • the free spaces included in the foundation system and in the space between the foundation system and the shell are spaces available for the storage or location of secondary functionalities necessary for the installation.
  • the volumes inside the foundations according to the prior art are unusable to accommodate other functions such as storage volumes or control or power rooms, in particular due to the forces passing through the foundations and the associated risks.

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Abstract

Installation flottante ou semi-submersible (1) comprenant un pont (2), une coque (3), avec le pont recouvrant la coque de manière à former un espace clos compartimenté par des cloisons (4), et une éolienne (5) présentant un mât dont la base (6) est située au-dessous du pont et fixée à au moins deux des dites cloisons (4) au moyen d'un système de fondation (7) comprenant des espaces libres (9), (10).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Installation flottante ou semi-submersible avec éolienne
La présente invention est relative aux installations flottantes ou semi-submersibles comprenant une coque et une éolienne ancrée dans la coque.
De nombreuses unités d’exploitation et de production en mer existent, notamment pour l’extraction de pétrole et de gaz. Ces unités ont souvent la forme de coque de navire et sont amarrées de manière permanente sur le lieu de production. Les besoins en énergies sont alors prodigués par des équipements qui consistent généralement en des générateurs d’énergie mécanique ou électrique, de type moteurs à pistons ou turbine à gaz, éventuellement associés à des alternateurs.
Ces solutions habituelles présentent l’inconvénient, soit de nécessiter l’importation de combustibles tels que l’essence, le gazole ou le gaz, soit d’autoconsommer une partie de leur production d’hydrocarbure.
De plus, ces solutions habituelles de génération d’énergie occupent de l’espace dans la coque ou sur le pont de celle-ci, augmentant ainsi les besoins en volume ou en espace, au détriment respectif des volumes de stockage dans la coque ou de la place pour les procédés de conditionnement sur le pont pour une taille donnés de coque, ou bien nécessitent une coque plus grande.
Partant de là, un problème qui se pose est de fournir une installation flottante ou semi-submersible comprenant un moyen de produire de l’énergie occupant une place limitée dans ladite installation.
Une solution de la présente invention est une installation flottante ou semi- submersible 1 comprenant un pont 2, une coque 3, avec le pont recouvrant la coque de manière à former un espace clos compartimenté par des cloisons 4, et une éolienne 5 présentant un mât dont la base 6 est située au-dessous du pont et fixée à au moins deux des dites cloisons 4 au moyen d’un système de fondation 7 comprenant des espaces libres 9, 10.
Dans le cadre de l’invention, on entendra par « coque » l’enveloppe du bateau située sous le pont.
De même, on entendra par « espaces libres » des espaces non occupés par la structure du système de fondation ou par la base du mât de l’éolienne.
Avantageusement, les espaces libres dans le système de fondation représentent entre 50 et 75% du volume du système de fondation. Soulignons que ces pourcentages ne tiennent pas compte du volume compris entre la coque et le système de fondation étant donné que ce volume ne fait pas parti du système de fondation.
L’éolienne 5 sera de préférence orientable de manière à orienter les pâles de l’éolienne en fonction du vent.
Par ailleurs, l’installation pourra être de préférence mobile de manière à assurer également un alignement partiel de l’éolienne aux conditions de vent existantes.
[Fig 1] La figure 1A représente une vue de côté d’une installation selon l’invention.
[Fig 1] La figure 1B représente plus spécifiquement une vue d’une coupe transversale du système de fondation 7 fixé dans deux cloisons 4.
Selon le cas, l’installation selon l’invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous :
- les cloisons sont des cloisons de réservoir de ballast ou de compartiment de stockage;
- l’installation comprend un espace libre 14 entre le système de fondation 7 et la coque 3;
- le système de fondation comprend une ossature parallélépipédique ;
- l’ossature définit 2n + 1 volumes rectangulaires, un volume central 8 et 2n volumes latéraux 9, 10, en série dans la largeur de la coque, avec le volume central comprenant la base de l’éolienne et les volumes latéraux étant des espaces libres et avec n > 1. De préférence n sera compris entre 1 et 4.
- le volume central comprend des panneaux verticaux 11 fixés entre la base du mât et les parois du volume central ; de préférence les panneaux verticaux présenteront une hauteur similaire à la hauteur du volume central ; de préférence le volume central comprendra entre 4 et 16 panneaux verticaux, uniformément répartis autour de la base du mât de l’éolienne ; de préférence les panneaux verticaux seront en acier ; Ces panneaux verticaux auront pour but de transférer les efforts du mât de l’éolienne au système de fondation 7 ;
- l’ossature est en acier ;
- les espaces libres 9, 10 et 14 sont des espaces de stockage ;
- la base du mât de l’éolienne est fixée dans l’installation de manière à limiter les mouvements de translation dans les 3 axes, de préférence à un point situé à proximité du métacentre de carène de l’installation, préférentiellement à moins de 30 mètres du métacentre de carène de l’installation ;
- l’installation comprend des moyens 12 pour transférer les efforts, fixés entre la partie du mât de l’éolienne située au-dessus du pont et le pont lui-même ; Les moyens 12 pour transférer les efforts seront de préférence des goussets ; - l’installation comprend des moyens 13 pour transférer les efforts, fixés entre la base du système de fondation et les cloisons ; les moyens 13 seront de préférence choisis parmi des goussets horizontaux ou des goussets verticaux ;
- l’installation est une installation pour la séquestration géologique de dioxyde de carbone et elle comprend un compartiment de stockage de dioxyde de carbone à l’état liquide, situé dans l’espace formé par la coque et le pont, et un dispositif d’injection, apte à injecter du dioxyde de carbone dans un réservoir géologique sous-marin, depuis ledit compartiment de stockage ;
- l’éolienne est apte à produire de l’énergie et à alimenter le dispositif d’injection ;
- L’installation comprend un organe de stockage de l’énergie produite par l’éolienne, de préférence une batterie de stockage de l’énergie produite par l’éolienne ; L’organe de stockage combiné à l’éolienne permettent une utilisation continue de l’énergie étant donné que l’éolienne fournit une énergie variable dans le temps ;
- L’installation est un navire, une unité flottante ou une barge.
[Fig 2] La figure 2 représente une vue 3D du système de fondation 7 avec ses différents volumes 8, 9, 10, la base du mât de l’éolienne 6, et les différents moyens pour transférer les efforts 11 , 12, 13.
[Fig 3] La figure 3 représente une vue 3D du bloc formé par le mât de l’éolienne, le système de fondation 7, les cloisons 4, le pont 2 et la coque 3. On voit clairement que l’installation comprend un espace libre 14 entre le système de fondation 7 et la coque 3.
La solution proposée par la présente invention permet l’installation d’une éolienne sur une unité flottante ou semi-submersible en évitant l’utilisation de fondations créées sur le fond de la coque elle-même, comme c’est souvent le cas sur les unités en mer pétrolières et gazières pour l’installation d’équipements lourds (par « équipements lourds » on entend des équipements présentant un poids supérieur à 4 tonnes). En effet, l’installation de ces équipements lourds sur les unités en mer nécessitent habituellement l’utilisation de grandes quantités d’acier (par exemple entre 8 et 10% du poids de l’équipement lourd porté) dans les fondations dont le seul but est le transfert des efforts vers la coque du bateau. Ces fondations sont faites d’acier ou de béton armé suivant le matériau utilisé pour la coque. La solution proposée par la présente invention présente l’avantage d’utiliser les structures déjà existantes de cloisons, des cloisons de ballast ou des cloisons de séparation de compartiments, tout en limitant l’encastrement dans la hauteur de l’espace compris entre le pont et la coque. En effet, les espaces libres compris dans le système de fondation et dans l’espace compris entre le système de fondation et la coque sont des espaces disponibles pour le stockage ou la localisation de fonctionnalités secondaires nécessaires à l’installation. Ce qui constitue un avantage supplémentaire non négligeable vis-à-vis des solutions de l’art antérieur : contrairement au système de fondation proposé dans le cadre de l’invention, les volumes à l’intérieur des fondations selon l’art antérieur sont inutilisables pour héberger d’autres fonctions telles que des volumes de stockage ou des salles de contrôle ou de puissance, notamment dû aux efforts transitant dans les fondations et les risques associés.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation flottante ou semi-submersible (1) comprenant un pont (2), une coque (3), avec le pont recouvrant la coque de manière à former un espace clos compartimenté par des cloisons (4), et une éolienne (5) présentant un mât dont la base (6) est située au-dessous du pont et fixée à au moins deux des dites cloisons (4) au moyen d’un système de fondation (7) comprenant des espaces libres (9), (10).
2. Installation selon la revendication 1 , caractérisée en ce que les cloisons sont des cloisons de réservoir de ballast ou de stockage.
3. Installation selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu’elle comprend un espace libre (14) entre le système de fondation et la coque.
4. Installation selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le système de fondation (7) comprend une ossature parallélépipédique.
5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l’ossature définit 2n + 1 volumes rectangulaires, un volume central (8) et2n volumes latéraux (9), (10), en série dans la largeur de la coque, avec le volume central comprenant la base de l’éolienne et les volumes latéraux étant des espaces libres et avec n > 1.
6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le volume central (8) comprend des panneaux verticaux (11) fixés entre la base du mât et les parois du volume central.
7. Installation selon l’une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que l’ossature est en acier.
8. Installation selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les espaces libres sont des espaces de stockage.
9. Installation selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la base du mât de l’éolienne est fixée dans l’installation de manière à limiter les mouvements de translation dans les 3 axes, de préférence à un point situé à proximité du métacentre de carène de l’installation, préférentiellement à moins de 30 mètres du métacentre de carène de l’installation.
10. Installation selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu’elle comprend des moyens (12) pour transférer les efforts, fixés entre la partie du mât de l’éolienne située au-dessus du pont et le pont lui-même.
11. Installation selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu’elle comprend des moyens (13) pour transférer les efforts, fixés entre la base du système de fondation et les cloisons.
12. Installation selon l’une des revendications 1 à 11 , caractérisée en ce que ladite installation est une installation pour la séquestration géologique de dioxyde de carbone et elle comprend un compartiment de stockage de dioxyde de carbone à l’état liquide, situé dans l’espace formé par la coque et le pont, et un dispositif d’injection, apte à injecter du dioxyde de carbone dans un réservoir géologique sous-marin, depuis ledit compartiment de stockage.
13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que l’éolienne est apte à produire de l’énergie et à alimenter le dispositif d’injection.
14. Installation selon l’une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu’elle comprend un organe de stockage de l’énergie produite par l’éolienne, de préférence une batterie de stockage de l’énergie produite par l’éolienne.
15. Installation selon l’une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce qu’elle est un navire, une unité flottante ou une barge.
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