FR3011043A1 - WIND GENERATOR BLOCK - Google Patents

Abstract

Il s'agit d'une nouvelle approche à de nouveaux générateurs éoliens plus stables et plus productifs Le problème Tel qu'ils sont les blocs générateurs posent les deux problèmes suivants : • Leur production sous un régime autant aléatoire que le vent • La lourdeur de leur inertie de déclenchement La solution Cela se fait à travers double saucissonnage, d'abord en trois unités, puis en reconstituer ces unités en modules de puissance identiques Ce saucissonnage servira à ce que ces trois unités entrent (ou sortent) progressivement en production, en liaison étroite avec l'état de vent, assurant ainsi la stabilité du régime de production d'un coté et réduisant ainsi l'inertie de déclenchement (et partant gagner en productivité sous des vitesses aujourd'hui inexploitables) de l'autre Par ailleurs cette stabilité contribue - à travers l'élongation de la vie des équipements - à une productivité supplémentaire par rapport à la solution actuelleThis is a new approach to new, more stable and more productive wind generators The problem As they are the generating blocks, there are two problems: • Their production under a regime as random as the wind • The heaviness of their trigger inertia The solution This is done through double slicing, first in three units, then reconstituting these units into identical power modules This slicing will be used so that these three units enter (or leave) progressively in production, in close connection with the wind condition, thus ensuring the stability of the production regime on one side and thus reducing the triggering inertia (and thus gaining productivity at speeds that can not be exploited today) on the other hand. stability contributes - through the elongation of equipment life - to an additional productivity compared to the current solution

Description

Description Domaine technique Appartenant à la technologie de procédé, cette invention s'adresse à rationaliser le bloc générateur des éoliennes actuelles, et cela en vue de : - Stabiliser le régime de génération malgré l'aspect aléatoire du vent. - Elargir la fourchette de récolte de vent du coté inférieur.Description Technical field Belonging to process technology, this invention is intended to rationalize the generator block of current wind turbines, and this in order to: - Stabilize the generation regime despite the random appearance of the wind. - Broaden the wind harvesting fork on the lower side.

Technique antérieure L'état de la technique se présente par un générateur de puissance correspondant à ce que ses pales lui transmettent sous une vitesse de plafond d'exploitation (à l'ordre de 15 m/s) ; ce générateur est constitué d'un seul bloc ce qui présente les deux inconvénients suivants : - Pour des vitesses de vent moins que celle de plafond d'exploitation, ce bloc tourne à un régime qui ne correspond pas à son rendement optimal (perte d'efficacité), et autant aléatoire que le vent (perte en heures de services globale dû à vieillissement précoce) - De par sa lourdeur d'ensemble, la mise en marche de ce bloc unique, nécessite une vitesse minimum (à l'ordre de 3 m/s en l'état actuel des choses) ce qui proscrit toute production pour des vitesses inférieures à celle-ci, pouvant exister, qu'en même, pendant plusieurs moi par an.PRIOR ART The state of the art is presented by a power generator corresponding to what its blades transmit to it under a speed of operating ceiling (at the order of 15 m / s); this generator consists of a single block which has the following two drawbacks: - For wind speeds less than the operating ceiling, this block rotates at a rate that does not correspond to its optimal performance (loss of efficiency), and as random as the wind (loss in overall service hours due to early aging) - Due to its overall heaviness, the start of this single block, requires a minimum speed (in the order of 3 m / s in the current state of things) which proscribes all production for speeds lower than this one, which can exist, that at the same time, during several me per year.

Exposé de l'invention La comparaison, entre le bloc actuel et celui que je propose, exclura l'autre composant de l'éolienne (les pales) qui resteront les mêmes pour la même puissance nominative des deux (ce qui fait épargner - dans un premier temps - les investissements supplémentaires pour une conversion totale qui inclut aussi ces pales) Après cet avant propos, il est à préciser que l'invention vise à: - Faire de la sorte que pour toute vitesse de vent (exceptés les tempêtes où l'éolienne doit s'arrêter dans les deux cas) le nombre de tours par minute de l'arbre rapide (qui correspond nombre critique de tours par minute de l'arbre lent de l'éolienne) reste à, ou autour, de la valeur qui correspond au régime optimal de génération. Rendre le générateur sensible à des vitesses de vent plus faible que celles qui font déclencher l'actuel générateur, augmentant ainsi la récolte du vent. Le nouvel bloc générateur Ce bloc n'est plus qu'un double « saucissonnage » de l'actuel ; à commencer par le « couper » en trois unités par contraste de l'actuel générateur à bloc unique) avant de reconstituer ces unités en modules de caractéristiques électriques identique, contribuant - sous la même différence de voltage - en intensité cumulative d'ampérage. Ainsi reconstitué, ces trois unités sont indépendamment synchronisées d'un coté, et non-identiques en capacité de l'autre (je m'explique). Unités indépendamment synchronisées Synchronisées par : - L'absence de tout rotation différentielle (donc d'une rotation d'ensemble comme le cas d'un bloc unique). - Une polarisation identique (excluant ainsi toute différence de phase entre les trois sources de courant alternatif généré). Indépendantes par : - Le fait d'entrer en production, ou d'en sortir rotation à vide) indépendamment l'une des deux autres ; cela à travers magnétiser (en les alimentant en courant continu) leurs noyaux d'induction, et cela d'une manière prédéterminée. Cette magnétisation prédéterminée sera assurée à travers des senseurs (relais) montés sur chacune de ces unités, et calibrés sur la vitesse de rotation de leur arbre rapide commun, permettant l'engagement (ou le désengagement) progressif de ces trois unités (j'y reviendrai) Unités non-identiques Ces trois unités sont non-identiques en leurs puissances nominales ; l'unité périphérique aura la valeur « E », la médiane aura double valeur de celle-ci donc « 2E », pendant que l'autre périphérique fera le double du double, donc « 4E » Autrement dit on peut exprimer la production nominal d'électricité de ce le le bloc générateur en l'addition de ces trois puissance E+2P+4P=7E Le mode d'engagement (ou désengagement) progressif 10 Revenons aux senseurs et regardons leur mode de fonctionnement par rapport aux variations de la vitesse de vent (entre la vitesse minimum de déclenchement et celle du plafond exploitable). L'unité E (la plus petite) étant toujours connectée au départ, elle entre seule en production jusque la vitesse de rotation de l'arbre rapide arrive à sa limite 15 tolérable (à cette étape la puissance disponible est plafonné à E). Une fois cette vitesse dépassée le senseur de l'unité 2E se déclenche la mettant en production, mais en même temps le senseur de l'unité P se détache ; sautant de l'unité E à l'unité 2E cela fait reculer momentanément la vitesse de l'arbre rapide en dessous de la vitesse maximum tolérable ; cela continue jusque, avec 20 des vents plus vite, l'arbre rapide arrive à sa limite tolérable (à cette étape la puissance disponible est plafonné à 2E). Encore quand cette vitesse est dépassée le senseur de l'unité 4E se déclenche la mettant en production, mais également et en même temps le senseur de l'unité 2E se détache, sautant de l'unité 2E à l'unité 4E cela fait reculer 25 momentanément la vitesse de l'arbre rapide en dessous de la vitesse maximum tolérable ; cela continue jusque, avec des vents plus vite, l'arbre rapide arrive à sa limite tolérable (à cette étape la puissance disponible est plafonné à 4E). Finalement quand cette vitesse dépassée les deux autres senseurs (de l'unité E et l'unité 2E) se déclenchent, mettant le bloc à sa production nominale de 7E. 30 Dans le cas contraire le même acheminement sera respecté donc de 7E à 4E à 2E *E, où tous zigzags partiel& entre ces deux bornes de E et 7E seront possibles. (Avant d'aller plus loin il convient à remarquer que certain induction secondaire indésirable, est susceptible d'avoir lieu dans les deux autres unités neutres qui jouxte l'unité active, donc des mesures d'évacuation de potentiel s'imposent (étanchéité magnétique active ou passive ou les deux, ou plus simplement d'équiper ces unité de dispositif court-circuit à terre : ON quand l'unité tourne à vide, OFF quand elle est active). Donc récapitulons cette escalade en puissance : Unité E seule départ 10 Unité 2E entre, unité E sort 2P - P = P (intervalle P) Unité 4E entre, unité 2E sort 4P - 2P = 2P (intervalle 2P) Unité 4E reste, unité 2P et unité E entre 7P -- 4P = 3P (intervalle 3P) Cette non-linéarité d'intervalles est choisie pour convenir au mieux à la relation 15 non-linéaire entre la puissance engendrée par rapport à la vitesse de vent L'implication des unités non identiques - Sur la stabilité De par cette entrée successive en production de ces unités (vitesse 20 croissante de vent) le bloc générateur fonctionne comme un système de freinage comparable à celui des voitures hybrides, empêchant ainsi (en produisant d'énergie) une rotation débridée des pales ; de même, la sortie successive (vitesse décroissante de vent) empêche une rotation en dessous du-régime nominal ; ce qui se traduit par une stabilité de 25 production à rendement optimal. - Sur la récolte du vent Le fait de commencer seulement avec l'unité la plus petite, réduit l'inertie de déclenchement de notre bloc générateur à un septième de son inertie global, ce qui réduit (sous les mêmes pales) presque à moitié, la vitesse 30 de vent nécessaire à faire entrer cette unité en production. Et puisque cette zone de vent faible (entre 1.5 et 3 m/sec) puisse régner pedant plusieurs mois par an, te-sui plue-de récolte d'énergie est loin d'être négligeable.Exposure of the invention The comparison, between the current block and the one I propose, will exclude the other component of the wind turbine (the blades) which will remain the same for the same power of the two (which saves - in a first time - the additional investments for a total conversion which also includes these blades) After this foreword, it should be noted that the invention aims to: - Do so only for any wind speed (except storms where the wind turbine must stop in both cases) the number of revolutions per minute of the fast shaft (which corresponds to the critical number of revolutions per minute of the slow shaft of the wind turbine) remains at, or around, the value which corresponds to the optimal generation regime. Make the generator sensitive to lower wind speeds than those that trigger the current generator, thus increasing the wind harvest. The new generator block This block is no more than a double "sausage" of the current one; starting with the "cut" in three units by contrast of the current single-block generator) before reconstituting these units into modules of identical electrical characteristics, contributing - under the same difference in voltage - cumulative intensity of amperage. Thus reconstituted, these three units are independently synchronized on one side, and non-identical in capacity on the other (I explain myself). Independently synchronized units Synchronized by: - The absence of any differential rotation (thus of an overall rotation as the case of a single block). - An identical polarization (thus excluding any phase difference between the three sources of alternating current generated). Independent by: - The fact of entering into production, or of coming out of it empty rotation) independently one of the two others; this by magnetizing (by feeding them in direct current) their induction nuclei, and this in a predetermined manner. This predetermined magnetization will be ensured through sensors (relays) mounted on each of these units, and calibrated on the speed of rotation of their common fast shaft, allowing the progressive engagement (or disengagement) of these three units (I come back) Non-identical units These three units are non-identical in their nominal powers; the peripheral unit will have the value "E", the median will have double value of this one thus "2E", while the other peripheral will double the double, therefore "4E" In other words one can express the nominal production of electricity from this the generator block in the addition of these three power E + 2P + 4P = 7E The progressive mode of engagement (or disengagement) 10 Let's go back to the sensors and look at their mode of operation in relation to the variations of the speed wind speed (between the minimum trigger speed and that of the exploitable ceiling). The unit E (the smallest) always being connected at the beginning, it enters only in production until the speed of rotation of the fast shaft reaches its tolerable limit (at this stage the available power is capped at E). Once this speed is exceeded the sensor of the unit 2E triggers putting it into production, but at the same time the sensor of the unit P detaches itself; jumping from unit E to unit 2E, this momentarily reverses the speed of the fast shaft below the maximum tolerable speed; this continues until, with winds faster, the fast tree reaches its tolerable limit (at this stage the available power is capped at 2E). Again when this speed is exceeded the sensor of the unit 4E triggers putting it into production, but also and at the same time the sensor unit 2E detaches, jumping from unit 2E to unit 4E it goes back Momentarily the speed of the fast shaft below the maximum tolerable speed; it continues until, with faster winds, the fast tree reaches its tolerable limit (at this stage the available power is capped at 4E). Finally, when this speed exceeds the other two sensors (of the unit E and the unit 2E) are triggered, putting the block at its nominal output of 7E. In the opposite case the same routing will be respected therefore from 7E to 4E to 2E * E, where all partial zigzags between these two terminals of E and 7E will be possible. (Before going further it should be noted that some unwanted secondary induction is likely to take place in the other two neutral units adjacent to the active unit, therefore potential evacuation measures are required (magnetic sealing active or passive or both, or more simply to equip these units with a short-circuit device on the ground: ON when the unit runs empty, OFF when it is active.) So let's recapitulate this escalation in power: Unit E only departure 10 Unit 2E between, unit E outputs 2P - P = P (P interval) Unit 4E between, unit 2E outputs 4P - 2P = 2P (range 2P) Unit 4E remains, unit 2P and unit E between 7P - 4P = 3P ( interval 3P) This non-linearity of intervals is chosen to best suit the non-linear relation between the generated power with respect to the wind speed. The implication of the non-identical units - On the stability By this successive entry in production of these units s (20 increasing speed of wind) the block generator operates as a braking system similar to that of hybrid cars, thereby preventing (producing energy) unbridled rotation of the blades; likewise, the successive output (decreasing wind speed) prevents rotation below the nominal speed; which results in production stability at optimum efficiency. - On wind harvesting Starting with only the smallest unit, reduces the triggering inertia of our generator block to one seventh of its overall inertia, which reduces (under the same blades) almost half, the wind speed required to bring this unit into production. And since this zone of weak wind (between 1.5 and 3 m / sec) can reign for several months per year, the greater energy harvest is far from negligible.

Il convient à rappeler qu'au delà de la vitesse plafond d'exploitation (qui est la même dans l'ancien et le nouveau bloc), la différence entre le bloc générateur et l'actuel générateur disparaît, puisque les deux ne peuvent pas produire plus que leur puissance nominale (dans les deux cas le surplus d'énergie sera rejeté en réduisant l'exposition des pales, avant de les arrêter sous des conditions extrêmes (quand cette manipulation des pales ne suffit pas pour garder la rotation des pales dans les limites tolérables). La structure des unités Chacun des trois unités d'un bloc générateur est constituée d'un, ou plusieurs modules identiques, dont la puissance de chaque égale à la puissance modulaire P qui est le module de base pour la construction du générateur Optant pour que l'unité E dispose de trois options : P; 2P et 3P, elle peut être constitué d'un ou deux ou trois modules Partant les trois options de l'unité 2E sont : 2P ; 4P et 6P et celles de 4E sont 4P ; 8P; 12P Donc le cadre de doublement (mentionné plus haut) impose que l'expression générale de la puissance du le le bloc générateur en terme d'unité, E + 2E + 4E = 7E, peut être exprimé par les trois options de son expression modulaire de 7P; 14P ou 21P (voir figure 2) Les tailles de P Optant pour quatre tailles de référence (de chacune des-dites trois options) elles sont proposées comme suite : P1 = 4 KW ; P2 = 16 KW ; P3 = 64 KW ; P4 = 256 KW Pour la valeur référence P1 = 4 KW les trois options de capacité sont : 7X4 = 28 ; 14X4 = 56 ; 21X4 = 84 KW Pour la valeur référence P2 = 16 KW les trois options de capacité sont : 7X16 = 112; 14X16 = 224; 21X16 = 336 KW Pour la valeur référence P3 = 64 KW les trois options de capacité sont : 7X64 = 448; 14X64 = 896 ; 21X64 = 1334 KW Pour la valeur référence P4 = 256 KW les trois options de capacité sont : 7X256 = 1.792; 14X256 = 3.534 ; 21X256 = 5.376 MW La modélisation des segments hébergement du le le bloc générateur Cet aspect de modélisation du bloc générateur servira comme point d'appui pour modéliser les segments d'hébergement de ses quatre tailles, où pour chaque taille du bloc générateur trois types de segments seront nécessaires : Périphérique H1 (coté fermeture) ; médian H2, pour héberger sept modules juxtaposés ; et l'autre périphérique H3 (coté pales) Donc pour des le le bloc générateur de 14 P ou de 21 P il suffit de juxtaposer deux ou trois segments médians H2 (voir figure 3) 10 La modélisation de l'arbre rapide Vu que la déformation due à la couple appliquée augmente avec l'augmentation du levier de cette couple on a intérêt à placer l'unité la plus grande au plus proche des pales, puis l'unité médiane et finalement l'unité la petite se trouvant l'extrémité la plus éloignée des pales. 15 Puisque la structure du bloc générateur en trois unités non-identiques en longueur et en puissance, la modélisation de son arbre doit répondre à ces deux exigences. Cela étant, l'idée est de remplacer la solution classique (arbre unique de longueur total et de section résistant suffisant pour le cas le plus critique) par 20 trois composants d'arbre, où - Le diamètre extérieur d'un composant soit le diamètre intérieur de l'autre afin de permettre un regroupement par introduction. - Le composant extérieur sera réservé à l'option la plus faible (ce diamètre étant égal au diamètre intérieur commun des noyaux d'induction de 25 toutes les trois unités. - Le composant médian (plus court et de diamètre plus petit mais d'épaisseur plus importante) sera inséré dans le premier, et ainsi le composant de l'extrémité proche des pales (le plus court le plus épais mais le moins en diamètre) sera inséré le dernier (voir figure 3) 30 Finalement il faut ajouter que pour viabiliser cette conversion on pourrait produire aussi des blocs générateur classique où beaucoup plus d'option de puissance seront possible à un prix (du à cette modélisation) fort concurrentiel.It should be remembered that beyond the operating ceiling speed (which is the same in the old and the new block), the difference between the generator block and the current generator disappears, since the two can not produce more than their rated power (in both cases the surplus energy will be rejected by reducing the exposure of the blades, before stopping them under extreme conditions (when this handling of the blades is not enough to keep the blades rotating in the blades). tolerable limits) The structure of the units Each of the three units of a generator block consists of one or more identical modules whose power of each equals the modular power P which is the basic module for the construction of the generator Opting for the unit E to have three options: P, 2P and 3P, it can consist of one or two or three modules Leaving the three options of the unit 2E are: 2P; 4P and 6P and those of 4E are 4 P; 8P; 12P So the doubling frame (mentioned above) requires that the general expression of the power of the generator block in terms of unity, E + 2E + 4E = 7E, can be expressed by the three options its modular expression of 7P; 14P or 21P (see figure 2) P Optant sizes for four reference sizes (from each of the three options) are proposed as follows: P1 = 4 KW; P2 = 16 KW; P3 = 64 KW; P4 = 256 KW For the reference value P1 = 4 KW the three capacity options are: 7X4 = 28; 14X4 = 56; 21X4 = 84 KW For the reference value P2 = 16 KW the three capacity options are: 7X16 = 112; 14X16 = 224; 21X16 = 336 KW For the reference value P3 = 64 KW the three capacity options are: 7X64 = 448; 14X64 = 896; 21X64 = 1334 KW For the reference value P4 = 256 KW the three capacity options are: 7X256 = 1.792; 14X256 = 3.534; 21X256 = 5.376 MW The modeling of the hosting segments of the generator block This modeling aspect of the generator block will serve as a fulcrum to model the hosting segments of its four sizes, where for each size of the generator block three types of segments will be required: Device H1 (closing side); median H2, to house seven juxtaposed modules; and the other device H3 (blade side) So for the generator block of 14 P or 21 P it is enough to juxtapose two or three middle segments H2 (see Figure 3) 10 Modeling the fast tree As the deformation due to the applied torque increases with the increase of the lever of this couple it is advantageous to place the largest unit to the closest to the blades, then the median unit and finally the unit the small being the end the furthest away from the blades. Since the structure of the generator block into three non-identical units in length and power, the modeling of its tree must meet these two requirements. That being so, the idea is to replace the conventional solution (single shaft of total length and sufficient resistive section for the most critical case) with three shaft components, where - The outer diameter of a component is the diameter inside each other to allow grouping by introduction. The outer component will be reserved for the lowest option (this diameter being equal to the common internal diameter of the induction cores of all three units) The median component (shorter and smaller diameter but thicker) more important) will be inserted in the first, and so the component of the end close to the blades (the shortest the thickest but the least in diameter) will be inserted last (see Figure 3) 30 Finally it must be added that for serviceability this conversion could also produce conventional generator blocks where many more power option will be possible at a price (from this modeling) highly competitive.

Description sommaire des dessins (Figure 1) Structure du bloc Dessin schématique montrant le dispositif de saucissonnage de l'actuel monobloc en trois unités (Figure 2) Les options de puissances Dessin schématique montrant les quatre tailles des modules de puissance et leurs trois options de regroupement. (Figure 3) Les modélisations annexes Dessin schématique montrant les modélisations des segments d'hébergement et de ceux des composants de l'arbre rapide 25 30Brief Description of the Drawings (Figure 1) Structure of the Schematic Drawing block showing the slicing device of the current monoblock in three units (Figure 2) Drawing power options Schematic drawing showing the four sizes of the power modules and their three grouping options . (Figure 3) The accompanying modelings Schematic drawing showing the modelizations of the hosting segments and those of the components of the fast tree 25 30

Claims (4)

REVENDICATIONS1. Bloc Générateur éolien caractérisé par sa constitution de trois unités synchronisées, capables d'entrer individuellement ou collectivement en production (ou d'en sortir) en adéquation avec la vitesse de vent, elles sont de 10 capacités selon la proportion E ; 2 E ; 4 E.REVENDICATIONS1. Wind generator block characterized by its constitution of three synchronized units, able to enter individually or collectively in production (or to leave it) in adequacy with the speed of wind, they are of 10 capacities according to the proportion E; 2 E; 4 E. 2. Bloc Générateur éolien selon revendication 1 et le fait que chacun de ses unités est constituée de groupement de modules de caractéristiques électriques identiques. 152. Wind generator block according to claim 1 and the fact that each of its units consists of grouping modules of identical electrical characteristics. 15 3. Bloc générateur éolien selon la revendication 1 et caractérisé par le fait que ses segments d'hébergements sont constitués de trois types de modules : - Périphérique coté fermeture (H1) - Médian (H2) 20 - Périphérique coté pales (H3)3. A wind generator block according to claim 1 and characterized in that its accommodation segments consist of three types of modules: - Peripheral side closure (H1) - Middle (H2) 20 - Peripheral side blades (H3) 4. Bloc générateur éolien selon la revendication 1 et caractérisé par le fait que son arbre rapide est modulé en trois composants, de longueurs et de diamètres différentes, dont le regroupement par introduction l'un dans l'autre' donne un 25 arbre de section résistante croissante, adéquatement adaptée aux croissants couples appliqués.4. A wind generator block according to claim 1 and characterized by the fact that its fast shaft is modulated into three components, of different lengths and diameters, the grouping by introduction into one another gives a section tree. growing resistant, suitably adapted to the growing pairs applied.