FR2667904A1 - Procede et eolienne pour renforcer l'alimentation d'un reseau electrique. - Google Patents

Abstract

L'éolienne comprend deux rotors (17) supportés par un châssis (15) de manière à pouvoir pivoter grâce à un pivot (2) pour s'orienter en fonction de la direction du vent. Deux machines dynamoélectriques (28) transforment en électricité l'énergie mécanique qui leur est communiquée par les rotors. Les rotors (17) sont des voilures tournantes d'auto-sustentation et elles appartiennent, avec le châssis (15) et les machines (28), à un récupérateur auto-sustenté (3) qui est relié au pivot (2) par l'intermédiaire de câbles de retenue (11) et d'un câble de réglage de position (13). Les machines (28) sont des machines asynchrones qui fonctionnent en moteur pour assurer le décollage du récupérateur (3) lorsqu'elles sont reliées au réseau par un commutateur (9) commandé par une antenne anémométrique (27). Quand le récupérateur (3) atteint une altitude où le vent est suffisant pour entraîner les machines (28) au delà de leur vitesse nominale, celles-ci fonctionnent en génératrice. Utilisation pour capter des vents d'altitude sans utiliser un pylône porteur et sans risque en cas de tempête.

Description

La présente invention concerne un procédé pour renforcer l'alimentation d'un réseau électrique en période de vent au moyen d'une éolienne.

La présente invention concerne également une éolienne pour la mise en oeuvre de ce procédé.

On connaît d'après le WO-A-90 03517 une éolienne dont les récupérateurs d'énergie éolienne sont présentés au vent et maintenus à l'altitude qui convient selon la vitesse de celui-ci grace à l'action d'un contrepoids fixé à l'autre extrémité d'un balancier qui les supporte et qui est articulé selon deux axes en haut d'un poteau.

On connaît d'autre part des aéronefs ou des cerfs-volants dont la voilure est tournante.

Le but de l'invention est de proposer un procédé et une machine éolienne qui permettent de renforcer l'alimentation d'un réseau électrique et qui ne comportent ni poteau, ni structure, supportant le récupérateur éolien.

Suivant un premier aspect de l'invention, le procédé pour renforcer l'alimentation d'un réseau électrique, par récupération d'énergie éolienne au moyen d'une éolienne comportant un récupérateur d'énergie rotatif, est caractérisé en ce que ce récupérateur est auto-sustenté par le vent, et en ce qu'on relie mécaniquement une voilure tournante du récupérateur à un dispositif moteur-générateur électrique qui peut être entraîné par le récupérateur éolien à une vitesse lui permettant d'alimenter le réseau, et en ce qu'à la mise en service, après avoir relié le récupérateur au sol par des moyens souples, on fait décoller le récupérateur en utilisant le réseau électrique pour alimenter le dispositif moteur-générateur électrique, fonctionnant alors en moteur, pour permettre au récupérateur d'atteindre l'altitude où la vitesse du vent suffit à 1' auto-sustentation du récupérateur.

Suivant un deuxième aspect de l'invention, l'éolienne pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, est caractérisée en ce qu'elle comprend un mobile de surface monté pivotant autour d'un axe sensiblement vertical, un récupérateur d'énergie à voilure tournante d'auto-sustentation, des moyens souples pour relier le récupérateur au sol à l'encontre des effets aérodynamiques s'exerçant sur lui, et un dispositif moteur-générateur électrique qui est relié mécaniquement à la voilure tournante, et électriquement au réseau, et qui, utilisé en moteur, augmente suffisamment la sustentation et la stabilité horizontale de la voilure tournante du récupérateur pour faire décoller le récupérateur et le positionner dans le vent d'altitude.

Le procédé et l'éolienne selon l'invention permettent de supprimer le mât des éoliennes connues et les problèmes qu'il pose tant pour sa construction que sa tenue dans la tempête, et permettent, selon les circonstances saisonnières ou régionales, d'aller chercher en altitude des vents plus forts et plus réguliers en jouant sur la longueur des moyens souples.

En effet si VO est la vitesse du vent à une altitude H,, la vitesse V du vent à l'altitude H sera:
V = Vo x (H )n avec 0,1 < n < 0,4
(Ho)n
Si Eo est l'énergie susceptible d'être captée à l'altitude Ho, l'énergie E susceptible d'être captée à l'altitude H devient:
E = Eo x (H )3n avec 0,3 < 3n < 1,2
(Ho) 3n
L'invention permet, en d'autres termes, de faire décoller une sorte de cerf-volant générateur d'électricité à l'aide du groupe électrogène à moteur thermique ou de la centrale hydraulique qu'il va assister et de faire de sensibles économies de combustible, d'eau et d'usure mécanique. Un matériel diesel a une durée de vie de 7000 à 40000 heures selon sa vitesse.

La mise en oeuvre de l'invention est très facilitée lorsque l'on constate que le dispositif moteurgénérateur peut être constitué par un ou plusieurs moteurs électriques asynchrones branchés sur le réseau car de tels moteurs se transforment en génératrices électriques s'ils sont entraînés au-delà de leur vitesse nominale par le dispositif auquel leur arbre est relié.

Cette particularité des moteurs électriques asynchrones permet, dans certaines limites, d'utiliser la même machine électrique, soit en moteur, pour entraîner la voilure tournante du récupérateur auto-sustenté dans la phase de mise en position dans le vent, soit en génératrice électrique, dans la phase de récupération de l'énergie éolienne pour alimenter ledit réseau électrique.

La machine électrique asynchrone, fonctionnant en moteur alimenté par le réseau, est utilisée pour aider au décollage du récupérateur retenu, de préférence, par deux câbles arrimés au sol par la même fixation, librement pivotante. La position des points d'arrimage des deux câbles sous le récupérateur volant et les diverses actions gyroscopiques engendrées par les moteurs permettent au récupérateur de se stabiliser sous faible vent dans une position d'équilibre comme le fait un cerfvolant.

Au stade suivant du procédé et respectivement du fonctionnement de l'éolienne, la machine électrique asynchrone est utilisée en génératrice lorsque par l'action d'un vent plus fort la vitesse du ou des voilures tournantes l'entraîne au-delà de sa vitesse nominale.

Pour augmenter la quantité d'énergie éolienne récupérée, on peut contraindre la voilure à prendre une inclinaison plus importante par rapport à l'horizontale à l'aide d'un autre moyen souple, ou moyen souple de réglage, tel qu'un câble fixé à la machine volante et, par exemple, à un chariot à déplacement circulaire constituant le mobile de surface et tournant autour de l'axe vertical.

La tension exercée par la machine sur ce câble modifie l'équilibre des forces, augmente l'inclinaison de la voilure tournante par rapport à l'horizontale et lui permet de récupérer plus d'énergie éolienne sous forme électrique.

La position du point où le câble de réglage est arrimé au récupérateur est asservie de sorte que la vitesse de rotation du moteur-générateur soit limitée. En effet la survitesse imposée au moteur-générateur, fonctionnant donc en génératrice, ne doit pas dépasser un certain pourcentage indiqué par le constructeur sous peine de détérioration thermique, magnétique ou mécanique de celui-ci ou d'augmenter la fréquence du réseau électrique sur lequel il est branché. Une fois ce pourcentage atteint, l'asservissement doit diminuer la surface ou l'efficacité de la voilure présentée au vent pour en limiter la puissance.

De préférence, afin de s'opposer au couple engendré par le rotor sur le récupérateur, celui-ci sera équipé de deux voilures symétriques tournant en sens opposé.

De préférence, afin de diminuer le coût de l'investissement, il sera avantageux d'équiper chaque voilure tournante d'une jante périphérique par laquelle est transmise l'énergie éolienne ou sustentatrice au moteur-générateur électrique sans passer par le coûteux et lourd multiplicateur de vitesse habituel.

De préférence encore, le dispositif moteurgénérateur comprend au moins un moteur-générateur relié aux deux voilures tournantes. Ce moteur comporte à chacune des deux extrémités de son arbre, un galet de préférence à friction, roulant latéralement sur la jante de l'une respective des voilures tournantes.

Afin de stabiliser le récupérateur par l'effet gyroscopique du dispositif moteur-générateur, notamment à l'égard des brusques variations de vent, il est avantageux que le dispositif comprenne deux moteurs générateurs électriques identiques, tournant en sens opposés, branchés en parallèle, et fixés à un châssis du récupérateur symétriquement par rapport au plan de voilure1 pour coopérer par exemple avec l'autre côté des mêmes jantes.

Les deux moteurs-générateurs permettent d'équilibrer la machine autour de son axe de symétrie et d'annuler les forces perpendiculaires auxquelles est soumis -un gyroscope lorsque l'on modifie la direction de son axe.

De préférence enfin, afin d'améliorer les qualités des voilures tournantes, celles-ci comportent avantageusement plusieurs types d'éléments aérodynamiques.

Le premier type d'élément aérodynamique est du type passif et est avantageusement constitué d'autant de voiles triangulaires qu'il y a de rayons réunissant la jante au centre de la voilure tournante.

Chacune de ces voiles triangulaires est pliée en deux autour et tendue le long d'un des rayons, et reliée à un point réglable de la jante par un tendeur.

Ces voiles triangulaires n'ont pas d'effet tant qu'elles ne sont pas soumises à un courant d'air traversant le plan de voilure. Par contre, lorsqu'un tel courant d'air existe, elles sont d'un bon rendement pour un investissement faible et, avec les matériaux modernes, très fiables.

te deuxième type d'élément aérodynamique, placé au centre de la voilure tournante n'est que sustentateur de par sa forme de soucoupe et augmente-le différentiel de pression et de vitesse de l'air entre l'amont et l'aval du reste de la voilure.

Le troisième type d'élément aérodynamique est du type actif et est constitué de petits ailerons formés chacun d'un segment de profilé aérodynamique fixé et orienté sur la jante.

Cette orientation peut être avantageusement réglée par la vitesse du rotor de sorte que ces ailerons puissent participer:
- à la création d'une dépression sustentatrice en aval au décollage et une surpression en amont;
- à la création de forces motrices; et
- à la réalisation d'un frein aérodynamique protégeant la machine contre les survitesses.

D'autres particularités et avantages ressortiront encore de la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif:
- la figure 1 est une vue en perspective d'une machine selon l'invention;
- la figure 2 est une vue d'un détail de la figure 1, à échelle agrandie;
- la figure 3 est une vue en perspective du châssis de machine;
- les figures 4, 5 et 6 sont des vues de la machine, de dessus, de face et respectivement de côté;
- la figure 7 est une vue explicative des phases du vol;
- les figures 8, 9 et 10 représentent le variateur centrifuge de l'inclinaison, à équilibreur pneumatique;
- la figure 11 représente la bague servant de vis creuse à galets.

Dans exemple représenté à la figure 1, l'éolienne comprend un mobile de surface comprenant un chariot 1 tournant autour d'un pivot vertical 2 solidement scellé au sol, un récupérateur volant 3, et des moyens souples 11 et 13 pour relier mécaniquement et électriquement le chariot 1 et le récupérateur volant 3.

Le chariot pivotant est constitué de deux roues 5 roulant librement l'une derrière l'autre sur un chemin circulaire 4 centré sur le pivot 2. Ces roues 5 portent un cadre 6 qui est fixé à un timon 7 dont l'une des extrémités est liée par cardan à un manchon 8 tournant librement autour du pivot 2. Le timon 7 est équipé au voisinage du manchon 8, de deux anneaux 10 où sont arrimés les deux câbles de retenue 11 de la machine volante 3 et, à son extrémité éloignée du manchon 8, d'un treuil 12 recevant le câble de réglage d'altitude et d'inclinaison 13.

Les câbles de retenue 11 ont pour fonction de retenir à distance sensiblement constante le centre de chacune des deux voilures tournantes au pivot central 2, d'orienter le chariot 1 dans la direction du vent au niveau où se trouve le récupérateur volant et de servir chacun de câble électrique, à deux conducteurs, pour faire la liaison électrique, de préférence trois pôles + terre, entre le récupérateur volant et un connecteur tournant 9 qui coiffe le pivot 2 et permet de raccorder électriquement l'éolienne avec le réseau. Le connecteur tournant empêche aussi le manchon 8 de s'échapper verticalement du pivot 2.

Le pivot central 2 est creux et se prolonge par une gaine souterraine 14 recevant le câble d'alimentation électrique et permettant d'accéder au centre de la surface circulaire engendrée sur le sol par la projection verticale de la machine volante, et du chariot 7.

Le connecteur est équipé d'un interrupteur type manipulateur omnidirectionnel 27 dont le levier prolongé d'une antenne télescopique cylindrique est soumis à l'effet du vent et permet de relier l'éolienne au réseau à partir d'une vitesse nominale de vent justifiant le décollage du récupérateur éolien.

Le récupérateur 3 comprend, dans l'exemple décrit, un châssis 15 en tube ou en cornière métallique sur lequel sont fixés deux arbres-supports 16 pour deux voilures 17 qui, symétriques, tournent en sens inverse dans un même plan dont l'inclinaison varie autour d'un axe géométrique perpendiculaire au pivot 2 et à la direction du vent passant par ce pivot 2.

A leur extrémité opposé au châssis 15 et dirigée vers le chariot 1, les arbres 16 sont percés transversalement à leur plan commun pour recevoir des axes 18 servant à la fixation des câbles de retenue 11 à leur extrémité opposée au chariot 1.

Les câbles biconducteurs 11 permettent l'alimentation électrique de deux moteurs-générateurs électriques asynchrones 28 en passant au travers des deux voilures tournantes par les arbres 16 qui, à cet effet, sont creux.

Le châssis 15 est supporté par un train d'atterrissage 21 permettant le déplacement circulaire de la machine autour du pivot 2 à terre dans une position telle que les voilures se déplacent le long d'un tronc de cône dont l'axe est le pivot 2.

Le châssis 15 porte les deux moteurs générateurs électriques asynchrones 28 équipés chacun de leurs deux galets à friction 30, ainsi que quatre roulettes folles 19 permettant à une jante 29 de chaque voilure tournante de prendre appui sur trois roues équidistantes.

Les moteurs générateurs 28 sont montés chacun sur une charnière parallèle à leur arbre de sorte que par l'action de tendeurs perpendiculaires à cette charnière on puisse régler la position des galets de friction et leur pression sur la jante 29 en fonction de leur usure.

Le câble de réglage 13 permet de régler:
- l'altitude du récupérateur 3 grâce au treuil 12;
- l'inclinaison du plan de voilure par rapport à l'horizontale grâce à un asservissement 22 à 26, monté sur le châssis 15 pour régler automatiquement le point d'arrimage du câble 13 sur le récupérateur volant.

Le récupérateur prend une position dans l'espace de sorte que les forces aérodynamiques s'équilibrent avec les forces de la pesanteur et la tension des câbles 11, 13 en leurs points d'arrimage comme le fait un cerf-volant.

A l'altitude correspondant sensiblement à sa longueur, la tension du câble de réglage 13 est sensiblement augmentée. Son point d'arrimage au châssis 15 étant situé dans le plan de symétrie du récupérateur 3, mais hors le plan commun des axes 16, le couple de rotation qu'il exerce sur le châssis 15 modifie l'inclinaison du plan de voilure 3 jusqu'à ce que le récupérateur 3 trouve une nouvelle position d'équilibre dans l'espace, caractérisée en ce que la forme parabolique des câbles de retenue 11 est plus ouverte et l'inclinaison du plan des voilures plus forte par rapport à l'horizontale.

A chaque vitesse de vent correspond: une position du récupérateur 3 dans l'espace, une énergie éolienne récupérable en énergie électrique et une tension sur les câbles de retenue 11 et de réglage 13.

Cette correspondance doit en particulier permettre de ne pas dépasser la capacité électrique et mécanique de la machine. Pour cela, il est nécessaire de pouvoir limiter la surface et l'efficacité de la voilure présentée au vent. Pour cela, l'asservissement d'inclinaison opère en fonction, soit de la tension sur le câble 13, soit de la vitesse de rotation des rotors, soit, par sécurité, en fonction des deux.

L'asservissement comprend un rail 22 fixé à la structure 15 à égale distance des axes 16 perpendiculairement au plan qu'ils forment.

A l'intérieur de ce rail en C 22 coulissent, prisonniers, deux chariots à roulettes 23 et 24, le chariot 23 porte une poulie axée dans un plan parallèle au plan de voilure et perpendiculairement au rail 22. Le câble 13 contourne la poulie avant d'être fixé à l'extrémité la plus haute du rail 22. La poulie constitue le point d'arrimage effectif du câble 13.

Le chariot 24 circule entre l'extrémité fixée du câble 13 et le chariot 23 et porte l'une des extrémités d'un vérin à gaz 25 et l'une des extrémités d'un vérin électrique 26 dont les deux autres extrémités sont fixées, pour l'un au chariot porte-poulie 23 et pour l'autre au point où est fixée l'extrémité du câble 13.

Les deux vérins 25 et 26 sont donc montés l'un derrière 1' autre.

Lorsque la tension du câble 13 crée une poussée supérieure à la poussée nominale du vérin à gaz 25, celui-ci se rétracte de sorte que le couple de rotation exercé par cette tension sur le récupérateur 3 diminue jusqu'à ce qu'il s'ensuive un nouvel équilibre dans une position où, la voilure présentant moins de surface au vent, la poussée du vérin 25 équilibre la tension du câble 13.

La pression du vérin à gaz 25 étant sensiblement constante cela revient à diminuer le moment d'inclinaison qu'exerce le câble 13 sur la structure et en conséquence à diminuer l'effet moteur du vent sur la voilure.

Lorsque la vitesse des moteurs générateurs 28 atteint la vitesse limite, le vérin électrique 26 est mis en oeuvre par un contacteur tachymétrique et se rétracte en provoquant le même effet de réduction du moment d'inclinaison que précédemment jusqu'à ce que la vitesse soit ramenée à la bonne valeur.

Inversement, lorsque la vitesse devient insuffisante, le vérin électrique 26 est mis en oeuvre par le contacteur tachymétrique et s'allonge jusqu'à ce que la vitesse soit à nouveau conforme ou qu'il atteigne sa butée de fin de course.

Enfin, chaque voilure tournante 17 comporte radialement à l'extérieur de sa jante 29 des ailerons rigides 40 qui exercent sur la jante 29 une force centrifuge, dont la variation est une fonction croissante de la vitesse de rotation de la voilure, et qui peut être avantageusement utilisée pour changer l'inclinaison de ces ailerons par la rotation de l'axe qui les retent, de sorte que successivement::
- ils projettent l'air à contre-courant et créent une dépression en aval des rotors quand les moteurs-générateurs tournent au-dessous de leur vitesse nominale à vide, et participent ainsi activement au décollage;
- ils perdent toute portance quand les moteursgénérateurs tournent à leur vitesse nominale à vide;
- ils soient moteurs dans le vent quand ce lui ci entraîne les voilures à une vitesse permettant aux moteurs-générateurs de fonctionnner en génératrice
- ils s'opposent enfin à la rotation des voilures quand la vitesse maximale est atteinte, en assistance ou remplacement du vérin électrique 26.

Par contraste, les voiles individuelles 17a des voilures 17 ne font l'objet d'aucun réglage pendant les différentes phases de fonctionnement: au décollage, on exploite simplement l'augmentation des forces axiales qu'elles génèrent en conséquence de leur survitesse communiquée par les moteurs-générateurs 28 fonctionnant en moteur.

A cet effet, les voiles 17a ont par rapport au plan de voulure une inclinaison suffisamment faible pour que, à la vitesse du vent minimale pour laquelle la mise en service de l'éolienne est décidée, la vitesse du vent relatif (addition vectorielle de la vitesse absolue du vent, perpendiculaire au plan des rotors, et de la vitesse relative de l'air supposé immobile par rapport à la voile en mouvement, laquelle vitesse relative est tangentielle par rapport à l'axe de la voilure) soit dirigée vers la face des voiles qui est tournée vers le pivot 2. Ainsi, au décollage, les voiles 17a et les ailerons 40, bien qu'inclinés en sens contraire, produisent tous une force axiale dirigée dans le même sens, plus ou moins obliquement vers le haut.

Les ressorts qui s'opposent aux forces centrifuges s'exerçant sur les ailerons 40 doivent être strictement identiques et doivent pouvoir être réajustés dans le temps.-
Ils seront à cet effet avantageusement constitués par un tube souple sans fin 31 ( figure 10) analogue à une chambre à air, dont une valve de gonflage en T est accessible de l'extérieur du tube de la jante 29. Ce tube est capable de supporter une pression de gonflage de quelques bars et sa demi-longueur est sensiblement égale à la circonférence de la jante 29 dans laquelle il est enfilé pour former deux boucles non rejointes entre lesquelles passent les axes 41 de chaque aileron 40 qui maintiennent les boucles 31 le long du tube de la jante grâce à un profilé en forme de joug 32 s'appuyant sur les deux boucles 31.

Entre la tête de l'axe 41 de l'aileron et le joug 32, une butée à billes 33 permet la rotation de l'axe 41. Cette rotation est commandée par un boulon 36 passant au travers d'un tube 37 soudé perpendiculairement à la tête de l'axe 41 et dont les deux extrémités équipées de tubes de roulement 42, d'une rondelle 38 et d'une goupille 39 se déplacent dans deux fentes hélicoïdales 35 symétriques par rapport à l'axe d'une bague 34 fixée transversalement au tube de la jante 29.

Dans ses mouvements radiaux dus à la force centrifuge, chaque axe 41 de retenue des ailerons est obligatoirement entraîné en rotation par le tube 37 dans lequel tourne le boulon 36 passant au travers des deux fentes hélicoïdales 35.

La bague 34 est avantageusement fixée à la jante 29 par du mastic silicone 43 introduit entre eux au moyen d'une pompe.

Les nombreux réglages possibles tant, au cours de la construction "longueur et pente des fentes hélicoïdales, longueur du joug, diamètre du tube", que lors de l'utilisation "inclinaison de la pale par rapport à son axe et pression d'air à l'intérieur des tuyaux souples" optimisent la double inclinaison des ailerons, une équidistance variable au centre de voilure et une grande précision de l'angle d'incidence liée à la vitesse de rotation.

La figure 7 présente les différentes phases du vol:
Dans la position A, le récupérateur est au sol.

Lorsque le vent atteint la vitesse à laquelle le contacteur temporisé 9 branche les moteurs-générateurs 28 au réseau, ceux-ci entraînent la voilure tournante dont la vitesse modifie le vent relatif sur les voiles 17a et éventuellement les ailerons qui sont soumis alors à des forces parallèles à l'axe de rotation plus fortes, qui permettent à la machine de décoller.

L'effet centrifuge des voilures tournantes et des moteurs générateurs donne à la machine 3 une stabilité dans les deux autres directions.

Au fur et à mesure que le récupérateur 3 atteint les positions B, C et enfin D, le vent exerce sur les câbles de retenue 11 des forces de plus en plus importantes par rapport à celle qu'il exerce sur le câble de réglage 13 plus fin, puisque moins sollicité, et non isolé par une gaine plastique.

Ces forces exercées par les câbles de retendue, font progressivement basculer le récupérateur de sorte que son inclinaison par rapport à l'horizontale diminue.

La position D correspond à la position où la vitesse du vent à cette altitude est suffisante pour lui permettre d'entraîner les voilures à une vitesse supérieure à celle à laquelle elles sont entraînées par les moteurs-générateurs, qui se mettent donc à fonctionner en génératrices.

L'enclenchement du contacteur anémométrique temporisé 27 est réglé pour mettre le récupérateur 3 en service quand le vent est suffisant pour qu'assisté par les moteurs le récupérateur 3 puisse décoller et trouver en altitude un vent suffisant pour que la voilure atteigne la vitesse où les moteurs-générateurs fonctionnent en génératrice.

Si la vitesse du vent devient insuffisante, la machine se trouve obligatoirement dans cette position Dr le contacteur anémométrique débranche les moteursgénérateurs du réseau et le récupérateur atterrit en planant avec rotation spontanée des rotors (positions J,
K, A).

Si le vent forcit, la tension sur les câbles de retenue 11 augmente, leur rayon de courbure augmente, de sorte que le récupérateur s'éloigne du pivot 2. Le câble de réglage 13 ne permettant pas au récupérateur de s'éloigner de l'enrouleur 12 auquel il est accroché autant que le permettent les câbles de retenue 11, le récupérateur 3 modifie son inclinaison et se positionne en E puis F.

Si la tension sur le câble de réglage dépasse la poussée nominale du vérin à gaz 25, celui-ci se rétracte et permet au point de fixation du câble de réglage 13 de se déplacer vers le plan des axes des voilures, et le récupérateur 3 diminue son inclinaison et présente de moins en moins de résistance au vent au fur et à mesure qu'il forcit. Le récupérateur 3 atteint ainsi successivement les positions G, H puis I, de plus en plus élevées car la diminution d'inclinaison du récupérateur augmente sa portance. En cas de survitesse, par disjonction du réseau par exemple, le contacteur tachymétrique fait fonctionner le vérin électrique 26 qui se rétracte et le point d'arrimage du câble de réglage 13 se rapproche du plan des axes des voilures pour que le récupérateur 3 diminue son inclinaison et offre moins de surface au vent.

De préférence et par sécurité, le vérin électrique 26 fonctionne en courant continu et est alimenté par une batterie rechargée par un chargeur embarqué avec elle sur le récupérateur 3.

Pour des raisons d'économie, les jantes 29 des voilures rotatives pourront avantageusement être réalisées à partir d'éléments métalliques tubulaires cintrés à froid réunis et maintenus entre eux par des manchons coniques internes. Ces éléments cintrés forment un tore mis en compression par la mise en tension des rayons et des voiles dont le point d'écoute sera fixé sur l'élément tubulaire le plus proche de celui où est fixé le rayon.

Le nombre de rayons et de voiles correspondantes pourra avantageusement être déterminé par le nombre d'éléments tubulaires que les contraintes de transport et de fabrication imposent.

Les rayons seront avantageusement réalisés comme l'est un ridoir, c'est-à-dire comprenant par exemple un tube dont les extrémités taraudées à gauche pour l'une et à droite pour l'autre reçoivent chacune un boulon correspondant de fixation sous tension à la jante ou au moyeu, avec blocage par contre écrou.

La cornière percée permettant la fixation du tendeur d'écoute de chaque voile est fixée par boulonnage sur le segment de jante correspondant.

Les voiles 17a sont avantageusement constituées d'un quadrilatère de toile équipé d'un oeillet à chacun de ses sommets.

Ce quadrilatère est replié le long de l'une de ses diagonales autour de l'un respectif des rayons du rotor, qui s'étend le long de cette diagonale. Les deux oeillets opposés adjacents à cette diagonale servent à tendre la voile le long du rayon-mât qu'elle entoure. Les deux autres oeillets, accolés pour le repliage en deux, servent à recevoir le tendeur d'écoute précité, fixé à la jante à distance de ce rayon-mât, de façon que chaque voile 17a soit tendue entre un rayon-mât et un tendeur d'écoute.

Afin que la gaine de protection des câbles de retenue et de transport de l'énergie électrique 11 ne soit pas détériorée par la tension qui leur est appliquée, leurs liaisons au chariot et à la machine volante se font par l'intermédiaire de boucles en demitube de forme ovoïde et de serre-câbles à grande surface de pression.

Un paratonnerre fixé au châssis 15 est directement relié au câble de réglage 13 qui est avantageusement plat et contourne un élément de conduction relié électriquement au chariot et dont le manchon graissé à la graisse conductrice fait la mise à la terre par le pivot 2, lui-même spécialement bien relié à la terre.

Le vol du récupérateur est déclenché ou stoppé par le manipulateur omnidirectionnel qui est actionné par la poussée du vent sur son antenne 27 et qui branche ou débranche le moteur générateur au réseau.

La longueur de l'antenne 27 télescopique est choisie en fonction de la configuration du terrain, de la longueur des câbles et du gradient du vent en fonction de l'altitude. Le branchement au réseau est réglé en vue de faire décoller le récupérateur chaque fois que le vent à l'altitude maximale fixée par la longueur du câble 13 est suffisant pour que l'éolienne produise une puissance significative et statistiquement durant une période suffisamment longue pour que l'opération soit économiquement valable.

Un temporisateur permet de ne pas lancer l'opération tant que le vent n'est pas bien établi.

De préférence afin de stabiliser horizontalement le récupérateur 3 dans les phases de décollage et d'atterrissage, les moteurs générateurs 28 sont équipés chacun de deux volants d'inertie qui stabilisent, par effet gyroscopique, le récupérateur de sorte que les axes des moteurs générateurs 28 tendent à se déplacer parallèlement au plan où ils se trouvaient lors de leur branchement ou déconnexion.

Lorsque le vent faiblit au point que le manipulateur ne soit plus actionné, le récupérateur est automatiquement débranché du réseau et tombe en vol plané comme le fait un hélicoptère en panne de moteur.

En cas de vent suffisant ou très fort, l'opérateur peut faire atterrir le récupérateur, en raccourcissant par le treuil le câble 13 jusqu'à ce que le récupérateur prenne une position plus horizontale l'amenant à atterrir.

Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, et des aménagements peuvent être apportés à cet exemple.

Ainsi on peut prévoir un châssis 15 pouvant recevoir plus de deux voilures tournantes et plus de deux moteurs-générateurs.

On peut prévoir aussi un chariot 1 non relié au pivot se déplaçant sur une voie circulaire sous l'effet de la traction du câble 13
On peut prévoir aussi une machine dont l'ensemble des éléments seraient sur un plan d'eau pour une utilisation fixe par ancrage ou mobile pour participer à la propulsion d'une embarcation sur laquelle le pivot 2 serait implanté.

On peut prévoir de même un vérin commandant le déplacement angulaire autour d'un axe passant par le point de fixation de l'extrémité du câble 13 au rail 22 et parallèle aux axes des voilures tournantes pour déplacer transversalement le point d'arrimage effectif du câble 13 et faire remonter le récupérateur au vent comme le fait un cerf-volant à deux câbles lorsque l'on fait varier la tension de l'un des câbles de retenue.

On peut prévoir aussi que les vérins de réglage de la position du point d'arrimage effectif du câble 13 soient télécommandés et reçoivent leurs instructions directement d'un ordinateur intégrant par exemple la route du navire et la direction du vent.

On peut prévoir aussi de remplacer les voiles par des profilés aérodynamiques rigides ou semi-rigides.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour renforcer l'alimentation d'un réseau électrique par récupération d'énergie éolienne au moyen d'une éolienne comportant un récupérateur d'énergie rotatif, caractérisé en ce que ce récupérateur est autosustenté par le vent, et en ce qu'on relie mécaniquement une voilure tournante (17) du récupérateur à un dispositif moteur-générateur électrique (28) qui peut être entraîné par le récupérateur éolien (3) à une vitesse lui permettant d'alimenter le réseau, et en ce qu'à la mise en service, après avoir relié le récupérateur au sol par des moyens souples (11, 13), on fait décoller le récupérateur en utilisant le réseau électrique pour alimenter le dispositif moteur générateur électrique, fonctionnant alors en moteur, pour permettre au récupérateur d'atteindre l'altitude où la vitesse du vent suffit à l'auto-sustentation du récupérateur.

2. Eolienne pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un mobile de surface (1) monté pivotant autour d'un axe sensiblement vertical (2), un récupérateur d'énergie (3) à voilure tournante d'auto-sustentation (17), des moyens souples (11, 13) pour relier le récupérateur au sol à l'encontre des effets aérodynamiques s'exerçant sur lui, et un dispositif moteur-générateur électrique (28) qui est relié mécaniquement à la voilure tournante, et électriquement au réseau, et qui, utilisé en moteur, augmente suffisamment la sustentation et la stabilité horizontale de la voilure tournante du récupérateur pour faire décoller le récupérateur et le positionner dans le vent d'altitude.

3. Eolienne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif moteur-générateur, lorsqu'il fonctionne en moteur, est alimenté électriquement par le réseau qu'il renforce.

4. Eolienne selon la revendication 3, caractérisée en ce que le dispositif moteur-générateur électrique (28) est du type asynchrone fonctionnant en génératrice électrique lorsqu'il est entraîné au-delà de sa vitesse nominale par l'action motrice de la voilure tournante (17) sans modification de son branchement ni de son sens de rotation.

5. Eolienne selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'une partie (17a, 40) de la voilure est utilisée pour augmenter sa force de sustentation par vent faible pour faire décoller et monter le récupérateur jusqu'à ce qu'il trouve le vent suffisant.

6. Eolienne selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que les moyens souples (11, 13) comprennent des moyens souples de retenue (11) fixés au récupérateur en au moins un point de fixation situé en amont du centre de poussée des forces aérodynamiques.

7. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens souples comprennent des moyens souples de réglage (13) qui sont fixés d'une part au mobile (1) et d'autre part au récupérateur sur un axe de symétrie du récupérateur et à une distance, dudit point de fixation, laquelle distance détermine une inclinaison du récupérateur en fonction de la tension qu'exercent les forces aérodynamiques sur ces moyens souples (13).

8. Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que le mobile est maintenu au sol, de préférence par son poids, de sorte que la longueur des moyens souples de réglage (13) détermine l'altitude maximum du récupérateur (3).

9. Machine selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que des moyens de réglage élastiques (23) de la distance précitée sont compressibles de façon élastique pour réduire cette distance lorsque la tension des moyens souples de réglage (13) tend à dépasser une valeur maximale.

10. Machine conforme à l'une des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que des moyens de réglage commandés (24) de ladite distance sont asservis électriquement à la vitesse de rotation du dispositif moteur-générateur (28) pour en limiter la puissance et la fréquence.

11. Eolienne selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le récupérateur (3) comprend au moins une paire de voilures tournantes (17) construites pour tourner en sens opposés.

12. Eolienne conforme à la revendication 11, caractérisée en ce que les deux voilures tournantes (17) comportent une jante périphérique (29) qui transmet l'énergie éolienne directement à un même dispositif moteur-générateur électrique (28).

13. Eolienne conforme à l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que le dispositif moteur-générateur comprend deux moteursgénérateurs (28) tournant en sens inverses et montés en positions symétriques par rapport à un plan de voilure du récupérateur, et en ce que quatre volants d'inertie sont fixés en bouts des arbres des deux moteurs générateurs pour stabiliser horizontalement le récupérateur.

14. Eolienne selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisée en ce que la voilure tournante comprenant une jante (29), des rayons et des pales souples comprenant chacune une voile (17a) pliée en deux le long et autour d'un rayon respectif.

15. Eolienne selon l'une des revendications 2 à 10 ou 14, caractérisée en ce que la voilure tournante comprend des éléments de voilure (40) répartis sur son pourtour, suspendus radialement sur un même matelas pneumatique (31) et montés pour pivoter en fonction de leurs mouvements radiaux, de manière que la force centrifuge s'exerçant sur ces éléments de voilure (40) modifie leur inclinaison par rapport au plan de voilure en fonction de la vitesse de rotation de la voilure.

16. Eolienne conforme à l'une des revendications 2 à 7 ou 9 à 15, caractérisée en ce que le mobile (1) ainsi que le pivot (2) sont installables sur un plan d'eau ou sur une embarcation.