FR3080412A1 - FLOATING WIND TURBINE WITH TWIN AND VERTICAL AXIS - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une éolienne flottante (10) comprenant une plateforme flottante (14) sur laquelle repose une turbomachine comprenant deux turbines (30) à axe vertical. Les turbines sont portées par un pylône médian vertical (20), monté rotatif par rapport à la plateforme flottante, et par des membres de liaison (41, 43) reliant et tenant à distance les arbres de rotation des turbines par rapport au pylône. L'éolienne comprend : - un dispositif de détection de la direction et du sens du vent et - un dispositif (50) d'asservissement de commande active en lacet du pylône agissant sur l'arbre de pivotement du pylône, le dispositif d'asservissement étant agencé et configuré pour qu'en cas d'activation, celui-ci met en mouvement le pylône de façon à placer un plan (P2) contenant les axes de rotation (A, A') des première et deuxième turbines sensiblement perpendiculairement à la direction du vent. Le domaine de l'invention est en particulier celui des éoliennes en milieu marin.The present invention relates to a floating wind turbine (10) comprising a floating platform (14) on which rests a turbomachine comprising two turbines (30) with a vertical axis. The turbines are carried by a vertical median pylon (20), rotatably mounted relative to the floating platform, and by connecting members (41, 43) connecting and remotely holding the rotation shafts of the turbines with respect to the pylon. The wind turbine comprises: - a device for detecting the direction and direction of the wind and - a device (50) for controlling the active control yaw of the pylon acting on the pivot shaft of the pylon, the servo device being arranged and configured so that in case of activation, the latter sets the pylon in motion so as to place a plane (P2) containing the axes of rotation (A, A ') of the first and second turbines substantially perpendicular to the wind direction. The field of the invention is in particular that of wind turbines in a marine environment.
Description
« Eolienne flottante à turbines jumelles et à axe vertical »"Floating wind turbine with twin turbines and vertical axis"
La présente invention concerne une éolienne flottante comprenant une plateforme flottante sur laquelle repose une turbomachine comprenant deux turbines à axe vertical. Les turbines sont portées par un pylône médian vertical, monté rotatif par rapport à la plateforme flottante, et par des membres de liaison reliant et tenant à distance les arbres de rotation des turbines par rapport au pylône.The present invention relates to a floating wind turbine comprising a floating platform on which rests a turbomachine comprising two turbines with vertical axis. The turbines are carried by a vertical median pylon, rotatably mounted relative to the floating platform, and by connecting members connecting and holding at a distance the rotation shafts of the turbines relative to the pylon.
L'éolienne comprend :The wind turbine includes:
- un dispositif de détection de la direction et du sens du vent et- a wind direction and direction detection device, and
- un dispositif d'asservissement de commande active en lacet du pylône agissant sur l'arbre de pivotement du pylône, le dispositif d'asservissement étant agencé et configuré pour qu'en cas d'activation, celui-ci met en mouvement le pylône de façon à placer un plan contenant les axes de rotation des première et deuxième turbines sensiblement perpendiculairement à la direction du vent.- a control device for active yaw control of the pylon acting on the pivot shaft of the pylon, the control device being arranged and configured so that in the event of activation, this sets the pylon in motion so as to place a plane containing the axes of rotation of the first and second turbines substantially perpendicular to the direction of the wind.
Le domaine de l'invention est en particulier celui des éoliennes en milieu marin.The field of the invention is in particular that of wind turbines in the marine environment.
Etat de la technique antérieureState of the art
La production d'électricité est de nos jours un enjeu crucial. Des technologies de production à partir d'énergies renouvelables ont été développées pour d'une part diversifier les sources d'approvisionnement en énergie et d'autre part produire de l'énergie électrique de manière écologique. Ainsi, des éoliennes ont été développées et installées en particulier sur des terres présentant pas ou très peu d'obstacles et présentant un réseau électrique facilement accessible. En outre, des installations d'éoliennes en milieu marin sont de plus en plus envisagées car le vent y est plus intense et plus constant, du fait de l'absence totale de reliefs. Sur une année, des vitesses moyennes de vent supérieures à 8m/s peuvent ainsi être assurées, permettant d'atteindre plus de 30% de la puissance nominale des éoliennes, valeurs qui sont difficilement atteignables pour les installations terrestres.Electricity production is a crucial issue today. Production technologies from renewable energies have been developed, on the one hand, to diversify the sources of energy supply and, on the other hand, to produce electrical energy in an ecological manner. Thus, wind turbines have been developed and installed in particular on land with little or no obstacles and with an easily accessible electrical network. In addition, installations of wind turbines in the marine environment are increasingly envisaged because the wind is more intense and more constant there, due to the total absence of reliefs. Over a year, average wind speeds greater than 8m / s can be ensured, making it possible to reach more than 30% of the nominal power of wind turbines, values which are difficult to achieve for onshore installations.
Dans le domaine des éoliennes en général, il est connu deux types d'installation : les éoliennes type à axe horizontal (dites HAWT abréviationIn the field of wind turbines in general, two types of installation are known: type wind turbines with horizontal axis (known as HAWT abbreviation
-2de horizontal-axis wind turbine) et les éoliennes type à axe vertical (dites VAWT abréviation de vertical-axis wind turbine).-2 of horizontal-axis wind turbine) and wind turbines type with vertical axis (called VAWT abbreviation of vertical-axis wind turbine).
En mer, les éoliennes actuellement en activité sont installées sur des profondeurs d'eau peu importantes, de l'ordre de quelques dizaines de mètres : ce sont des éoliennes dites « posées ». L'extrémité inférieure du mât de telles éoliennes est fixée au fond marin de manière rigide. Pour un ensemble de raisons liées à l'écologie, aux conflits d'usage (zones de pêches côtières, zones de servitudes sémaphores et radars), ou au tourisme (activités de plaisance et loisirs) certains projets fondées sur ce type d'éoliennes se trouvent bloqués. En outre le nombre de sites éoliens de faible pente et à faible fond, comme peut en offrir par exemple la mer du Nord, qui sont les seuls propices à l’installation de ce type d’éolienne à ancrage rigide, est réduit. En revanche, pour la plupart des autres mers et océans, les pentes sont généralement bien supérieures, limitant sensiblement la mise en place de ce type d’éolienne sur une bande côtière relativement étroite. En méditerranée, par exemple, cette bande correspond également à une zone de fort trafic maritime.At sea, the wind turbines currently in operation are installed on shallow water depths, of the order of a few tens of meters: they are so-called “installed” wind turbines. The lower end of the mast of such wind turbines is rigidly fixed to the seabed. For a number of reasons linked to ecology, conflicts of use (coastal fishing zones, signaling easement zones and radars), or tourism (pleasure and leisure activities) certain projects based on this type of wind turbines find themselves blocked. In addition, the number of low-slope, shallow wind sites, such as the North Sea, which are the only ones suitable for installing this type of rigid anchor wind turbine, is reduced. On the other hand, for most of the other seas and oceans, the slopes are generally much higher, significantly limiting the installation of this type of wind turbine on a relatively narrow coastal strip. In the Mediterranean, for example, this strip also corresponds to an area of high maritime traffic.
Or il est aujourd'hui envisagé de s'éloigner du rivage en concevant des éoliennes flottantes, qui sont encore au stade de projet voire d'étude papier. L'impact visuel quasi-nul de ces éoliennes permet notamment d’installer des machines plus puissantes et des parcs plus importants évitant le mitage. Aux raisons qui viennent d'être évoquées s'ajoutent des raisons économiques. La ressource en vent est en effet généralement maximale en des sites éloignés du rivage. Un optimum est à rechercher systématiquement entre le gain du à l'accroissement de cette ressource en de tels sites et les surcoûts évidents qu'entraîne l'éloignement du rivage : augmentation de la longueur des câbles électriques et augmentation des coûts de transport et de maintenance. Certains avancent enfin que la fabrication d'une éolienne flottante serait moins coûteuse (à cause des fondations posées au sol) que celle d'une éolienne posée mais cela demande encore des études.However, it is now planned to move away from the shore by designing floating wind turbines, which are still at the project or even study stage. The near-zero visual impact of these wind turbines makes it possible in particular to install more powerful machines and larger parks avoiding sprawl. In addition to the reasons just mentioned, there are economic reasons. The wind resource is in fact generally maximum at sites far from the shore. An optimum is to be systematically sought between the gain due to the increase in this resource in such sites and the obvious additional costs that the distance from the shore entails: increase in the length of electric cables and increase in transport and maintenance costs . Some finally argue that the manufacture of a floating wind turbine would be less expensive (because of the foundations placed on the ground) than that of a installed wind turbine but this still requires studies.
De nouveaux défis techniques se manifestent en effet pour de telles éoliennes. Pour de grandes profondeurs d'eau, la littérature actuelle préconise l’utilisation de structures de maintien qui comportent au moins un flotteur et sont généralement fixées au fond marin par une ou plusieursNew technical challenges are emerging for such wind turbines. For great water depths, the current literature recommends the use of support structures which comprise at least one float and are generally fixed to the seabed by one or more
-3lignes d'amarrage. Elles peuvent être stabilisées, le cas échéant par des lests immergés logés dans les fonds de la structure. Contrairement aux éoliennes à ancrage rigide, elles peuvent se déplacer par rapport au fond marin, et sont sensibles, notamment, aux forces horizontales du vent sur l'aérogénérateur (ensemble comprenant au moins les turbines et machines électriques), aux forces horizontales du courant sur la structure de maintien, aux forces alternatives horizontales et verticales des vagues, des courants, aux forces de rappel des lignes d'amarrage (horizontales et verticales), à la poussée d'Archimède sur les flotteurs, aux forces de la pesanteur sur tous les éléments. Le type d'amarrage utilisé représente une part significative de l'investissement total d'une éolienne marine et par ailleurs assure sa fiabilité.-3 mooring lines. They can be stabilized, if necessary by submerged ballasts housed in the bottom of the structure. Unlike rigid anchor wind turbines, they can move relative to the seabed, and are sensitive, in particular, to the horizontal forces of the wind on the wind generator (assembly comprising at least the turbines and electrical machines), to the horizontal forces of the current on the holding structure, to the horizontal and vertical alternating forces of the waves, of the currents, to the restoring forces of the mooring lines (horizontal and vertical), to the Archimedes thrust on the floats, to the forces of gravity on all elements. The type of mooring used represents a significant part of the total investment of a marine wind turbine and also ensures its reliability.
Dans le domaine des éoliennes en milieu aquatique, il est également connu deux types d'installation pouvant être mise en place : les éoliennes type à axe horizontal et les éoliennes type à axe vertical.In the field of wind turbines in an aquatic environment, there are also known two types of installation that can be implemented: wind turbines type with horizontal axis and wind turbines type with vertical axis.
Pour améliorer les écoulements de l'air, le brevet FR. 3 048 740 décrit une éolienne composée de deux turbines verticales contrarotatives de maître couple rectangulaire, soutenues par des éléments transversaux supérieurs et inférieurs maintenus ensemble par un mât médian unique. Les interactions de turbines à pales droites suffisamment rapprochées accroissent en effet le rendement de chacune ; de plus il a été montré qu'avec de telles turbines jumelles, les parcs d'éoliennes peuvent être densifiés par suite de sillages aérauliques plus resserrés. Cette turbomachine est montée sur un pivot relativement au mât et pivote librement autour de l’axe vertical du mât. Cet axe est situé en amont du centre de poussée aérodynamique de manière que l’ensemble s’oriente naturellement face au vent.To improve air flows, the FR patent. 3,048,740 describes a wind turbine composed of two vertical counter-rotating turbines of rectangular master torque, supported by upper and lower transverse elements held together by a single median mast. The interactions of turbines with straight blades sufficiently close together indeed increase the efficiency of each; moreover, it has been shown that with such twin turbines, the wind farms can be densified as a result of tighter air wake. This turbomachine is mounted on a pivot relative to the mast and pivots freely around the vertical axis of the mast. This axis is located upstream of the aerodynamic thrust center so that the assembly is naturally oriented towards the wind.
Un but de l'invention est de réduire encore les coûts de fabrication et ou d'installation d'éolienne flottante, sans réduire les performances de celleci, par exemple aérodynamiques et/ou de performances énergétiques. Un autre but de l'invention est de faciliter la maintenance des éoliennes. Elle a encore pour but de proposer une éolienne améliorant les caractéristiques aérodynamiques et/ou de performances énergétiques des éoliennes.An object of the invention is to further reduce the costs of manufacturing and or installing floating wind turbines, without reducing their performance, for example aerodynamic and / or energy performance. Another object of the invention is to facilitate the maintenance of wind turbines. It also aims to provide a wind turbine improving the aerodynamic and / or energy performance characteristics of wind turbines.
-4Exposé de l'inventionPresentation of the invention
Selon l'invention, on atteint au moins l'un des buts précités avec une éolienne flottante comprenant une plateforme flottante et une turbomachine reposant sur la plateforme, la turbomachine comprenant au moins :According to the invention, at least one of the abovementioned aims is achieved with a floating wind turbine comprising a floating platform and a turbomachine resting on the platform, the turbomachine comprising at least:
des première et deuxième turbines à axe vertical et flux transverse disposées de façon symétrique par rapport à un premier plan de symétrie vertical, chaque turbine comprenant des pales, une structure de maintien des turbines comprenant :first and second turbines with vertical axis and transverse flow arranged symmetrically with respect to a first plane of vertical symmetry, each turbine comprising blades, a structure for holding the turbines comprising:
o un pylône médian vertical, dont l'axe longitudinal est compris dans le premier plan de symétrie, monté rotatif selon un axe de pivotement par rapport à la plateforme flottante, odes membres de liaison haut et bas, qui maintiennent rigidement les turbines par leur axe de rotation et les tiennent à distance du pylône.o a vertical median pylon, the longitudinal axis of which is included in the first plane of symmetry, rotatably mounted along a pivot axis relative to the floating platform, ode upper and lower connecting members, which rigidly hold the turbines by their axis and keep them away from the pylon.
L'éolienne comprend :The wind turbine includes:
un dispositif de détection ou de prise en compte de la direction et du sens du vent, et un dispositif d'asservissement en commande active en lacet du pylône agissant sur l'arbre de pivotement du pylône en fonction de la direction du vent, par exemple d’un type connu.a device for detecting or taking into account the direction and direction of the wind, and a servo control device in active yaw control of the pylon acting on the pivot shaft of the pylon as a function of the wind direction, for example of a known type.
Selon l’invention, le dispositif d'asservissement est agencé et configuré pour qu'en cas d'activation, celui-ci met en mouvement le pylône de façon à placer un deuxième plan contenant les axes de rotation des première et deuxième turbines sensiblement perpendiculairement à la direction du vent.According to the invention, the servo device is arranged and configured so that, in the event of activation, it sets the pylon in motion so as to place a second plane containing the axes of rotation of the first and second turbines substantially perpendicularly to the direction of the wind.
Il est possible par exemple de placer les turbines face au vent et de maintenir constamment le deuxième plan face au vent de façon plus précise et plus stable ce qui permet d'améliorer le rendement de l'éolienne. Cela permet aussi d'améliorer la stabilité de l'éolienne en minimisant les oscillations de l'ensemble aérogénérateur autour de l'axe de pivotement du pylône, et de diminuer certaines instabilités de l'éolienne flottante qui peuvent se produire dans le cas d’une régulation passive en lacet telle que connue dans l'art antérieur.It is possible, for example, to place the turbines facing the wind and to constantly maintain the second plane facing the wind in a more precise and stable manner, which improves the efficiency of the wind turbine. This also makes it possible to improve the stability of the wind turbine by minimizing the oscillations of the wind generator assembly around the pivot axis of the pylon, and to reduce certain instabilities of the floating wind turbine which can occur in the case of passive yaw regulation as known in the prior art.
-5L'éolienne flottante selon l'invention vise une meilleure stabilisation de manière à améliorer son positionnement et/ou son orientation par rapport au vent et ainsi améliorer son rendement.The floating wind turbine according to the invention aims for better stabilization so as to improve its positioning and / or its orientation relative to the wind and thus improve its efficiency.
La solution proposée apporte un compromis entre coûts de fabrication, d'installation et de maintenance, et puissance électrique restituée au réseau. En outre, en améliorant la stabilité (en particulier en diminuant le tangage), l'éolienne flottante peut alors accepter des vents plus forts et donc produire plus d’énergie par rapport aux éoliennes flottantes de l'art antérieur. La solution proposée permet d'obtenir une éolienne dont les turbines commencent à tourner dès que le vent souffle à une vitesse de 3 m/s (mètres par seconde) et continuent à tourner jusqu'à une vitesse de vent de 24 m/s (mètres par seconde), le deuxième plan contenant les axes de rotation des première et deuxième turbines étant face au vent ; la puissance nominale de l'éolienne étant obtenue lorsque le vent atteint 12 m/s (mètres par seconde).The proposed solution brings a compromise between manufacturing, installation and maintenance costs, and electrical power returned to the network. In addition, by improving stability (in particular by reducing pitching), the floating wind turbine can then accept stronger winds and therefore produce more energy compared to floating wind turbines of the prior art. The proposed solution makes it possible to obtain a wind turbine whose turbines start to rotate as soon as the wind blows at a speed of 3 m / s (meters per second) and continue to rotate until a wind speed of 24 m / s ( meters per second), the second plane containing the axes of rotation of the first and second turbines facing the wind; the nominal power of the wind turbine being obtained when the wind reaches 12 m / s (meters per second).
On entend par turbines à flux transverse, des turbines agencées et configurées pour recevoir un flux d'air dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation des turbines. Ici, les turbines utilisées présentent respectivement un axe de rotation sensiblement vertical.By transverse flow turbines is meant turbines arranged and configured to receive an air flow in a direction substantially perpendicular to the axis of rotation of the turbines. Here, the turbines used respectively have a substantially vertical axis of rotation.
Typiquement, chaque turbine comprend plusieurs pales rigides, réparties autour de son axe vertical et qui s'étendent entre le membre de liaison haut et le membre de liaison bas. Chaque pale présente par exemple une partie verticale éloignée de l'axe et reliée rigidement au centre de rotation par son extrémité.Typically, each turbine comprises several rigid blades, distributed around its vertical axis and which extend between the top link member and the bottom link member. Each blade has for example a vertical part remote from the axis and rigidly connected to the center of rotation by its end.
Selon un mode de réalisation, chaque turbine comprend au moins deux pales. Les pales s'étendent selon une direction verticale. Chaque pale se prolonge à chacune de ses deux extrémités par un bras. Les pales s'étendent principalement dans une direction longitudinale et les bras s'étendent principalement dans une direction transversale. Les pales décrivent en rotation des cylindres. Les bras sont reliés à des éléments d'arbre par des liaisons pivotantes formant axe de rotation de pale. Selon un premier exemple, chaque turbine comprend deux pales. Selon un deuxième exemple, chaque turbine comprend trois pales.According to one embodiment, each turbine comprises at least two blades. The blades extend in a vertical direction. Each blade is extended at each of its two ends by an arm. The blades extend mainly in a longitudinal direction and the arms extend mainly in a transverse direction. The blades describe in rotation the cylinders. The arms are connected to shaft elements by pivoting links forming the blade rotation axis. According to a first example, each turbine comprises two blades. According to a second example, each turbine comprises three blades.
-6De préférence, le dispositif d'asservissement en lacet est agencé et configuré pour, en cas d'activation, mettre en mouvement le pylône de façon à placer le deuxième plan contenant les axes de rotation des première et deuxième turbines sensiblement perpendiculairement à la direction du vent et disposer le deuxième plan face au vent.Preferably, the yaw control device is arranged and configured to, in the event of activation, set the pylon in motion so as to place the second plane containing the axes of rotation of the first and second turbines substantially perpendicular to the direction from the wind and arrange the second plane facing the wind.
Ce mode de réalisation a pour avantage de disposer les turbines face au vent et ainsi stabiliser l'éolienne.This embodiment has the advantage of placing the turbines facing the wind and thus stabilizing the wind turbine.
De préférence, le dispositif d'asservissement en commande active en lacet est placé à l'extrémité inférieure de l'axe de pivotement du pylône. Il est placé par exemple sous les turbines et/ou près de la plateforme flottante. Selon un mode de réalisation, le dispositif d'asservissement en lacet comprend une portion cylindrique correspondant à une portion mâle d'une liaison pivot, ladite portion étant agencée et configurée pour pénétrer dans une ouverture cylindrique prévue dans le pied du pylône, l'ouverture cylindrique correspondant à la partie femelle de ladite liaison pivot dans le pied du pylône. Ce positionnement a pour avantage d'être facilement accessible, car au niveau de la plateforme, et de permettre un refroidissement et une stabilisation thermique naturelle du fait de la proximité avec l'eau.Preferably, the control device in active yaw control is placed at the lower end of the pivot axis of the pylon. It is placed for example under the turbines and / or near the floating platform. According to one embodiment, the yaw control device comprises a cylindrical portion corresponding to a male portion of a pivot link, said portion being arranged and configured to penetrate into a cylindrical opening provided in the foot of the pylon, the opening cylindrical corresponding to the female part of said pivot link in the base of the pylon. This positioning has the advantage of being easily accessible, because at the level of the platform, and of allowing cooling and natural thermal stabilization due to the proximity to water.
De préférence, le dispositif d'asservissement en commande active en lacet est agencé et configuré pour que, en cas d'inactivation, le pylône soit libre en rotation.Preferably, the servo control device in active yaw control is arranged and configured so that, in the event of inactivation, the pylon is free to rotate.
De préférence, et en particulier dans les familles de modes de réalisation exposées ici, l’axe de rotation de la structure de maintien par rapport à la plateforme n’est pas disposé en amont du plan des axes des turbines, mais il est disposé dans ce plan ou en aval de ce plan par rapport au vent.Preferably, and in particular in the families of embodiments described here, the axis of rotation of the holding structure relative to the platform is not disposed upstream of the plane of the axes of the turbines, but it is arranged in this plane or downstream from this plane relative to the wind.
La structure de maintien, ensemble rigide qui contient les turbines, pivote par rapport à la plateforme flottante pour que les turbines, et leurs centres de poussée vélique, rencontrent le vent avant le pylône de pivotement.The holding structure, a rigid assembly which contains the turbines, pivots relative to the floating platform so that the turbines, and their centers of wind thrust, meet the wind before the pivoting pylon.
Comme on le comprend, à la différence de l’art antérieur, les turbines dans l’invention ne sont pas sous le vent du mât. A la différence de l’artAs will be understood, unlike the prior art, the turbines in the invention are not downwind of the mast. Unlike art
-7antérieur, l'ensemble vélique de l'invention ne peut donc pas s'orienter naturellement sous l'appui du vent.-7 anterior, the biking assembly of the invention cannot therefore orient itself naturally under the support of the wind.
L'invention propose ainsi un fonctionnement qui ne présente pas la même stabilité naturelle vis-à-vis de l'orientation du vent. Dans l'invention, cette orientation face au vent est maintenue de façon continue grâce à la commande d'orientation et sa régulation active.The invention thus proposes an operation which does not exhibit the same natural stability with respect to the orientation of the wind. In the invention, this orientation facing the wind is maintained continuously thanks to the orientation control and its active regulation.
Bien que cette configuration implique des contraintes spécifiques et une certaine complexité, elle permet cependant des avantages nouveaux et porteurs d'avenir.Although this configuration implies specific constraints and a certain complexity, it nevertheless allows new and promising advantages for the future.
Selon un premier mode de réalisation, les membres de liaison sont agencés et configurés pour que l'axe longitudinal de la structure de maintien soit distinct du deuxième plan contenant les axes de rotation des turbines. En outre, en cas d'activation, le dispositif d'asservissement en commande active en lacet est agencé et configuré pour mettre en mouvement le pylône de façon à placer, par rapport à la plateforme flottante, l'axe longitudinal de la structure de maintien en aval du deuxième plan par rapport à la direction et au sens du vent.According to a first embodiment, the connecting members are arranged and configured so that the longitudinal axis of the holding structure is distinct from the second plane containing the axes of rotation of the turbines. In addition, in the event of activation, the servo control device in active yaw control is arranged and configured to set the pylon in motion so as to place, relative to the floating platform, the longitudinal axis of the holding structure. downstream of the second plane with respect to the wind direction and direction.
De manière préférentielle, le dispositif d'asservissement en commande active en lacet est agencé et configuré pour placer le deuxième plan contenant les axes de rotation des turbines, et/ou le centre de poussée aérodynamique de la turbomachine, sensiblement perpendiculairement à la direction du vent.Preferably, the active yaw control device is arranged and configured to place the second plane containing the axes of rotation of the turbines, and / or the aerodynamic thrust center of the turbomachine, substantially perpendicular to the direction of the wind. .
Dans cette configuration, on notera que le pivot du pylône est sous le vent des turbines, c’est à dire en aval. Dans certaines circonstances, cette configuration est donc susceptible de présenter une instabilité de son orientation, contre laquelle devra alors lutter la commande d’orientation asservie.In this configuration, it will be noted that the pivot of the pylon is downwind of the turbines, that is to say downstream. In certain circumstances, this configuration is therefore likely to present an instability of its orientation, against which the control of the controlled orientation will then have to fight.
De préférence, l'éolienne est agencée et configurée pour que la position des éléments de la turbomachine sur la plateforme de telle façon que le centre de gravité de la turbomachine est décalé et en-dehors de l'axe de pivotement du pylône, et se situe en amont de cet axe de pivotement de pylône par rapport au vent. On entend par « éléments de la turbomachine » au moins les turbines, ou l'ensemble turbines, génératrices, équipementPreferably, the wind turbine is arranged and configured so that the position of the elements of the turbomachine on the platform such that the center of gravity of the turbomachine is offset and outside the pivot axis of the pylon, and is located upstream of this pylon pivot axis relative to the wind. The term “elements of the turbomachine” means at least the turbines, or the assembly of turbines, generators, equipment
-8électriques divers et structure de maintien, voire incluant le pylône luimême.-8 various electrics and support structure, even including the pylon itself.
Pour ce qui précède et pour la suite de la description, on entend par :For the above and for the rest of the description, the following definitions mean:
- « centre de poussée aérodynamique » le point d'application de la résultante des efforts appliqués par le vent sur la turbomachine ;- "aerodynamic thrust center" the point of application of the result of the forces applied by the wind on the turbomachine;
- « centre de gravité » le point d’application de la résultante des forces de gravité ou de pesanteur ;- "center of gravity" the point of application of the result of the forces of gravity or gravity;
- « centre de flottabilité » le point d’application de la résultante des forces de la poussée d'Archimède, et correspond aussi au centre géométrique du volume immergé (volume du fluide déplacé) ; en équilibre statique, le centre de flottabilité et le centre de gravité d'un objet flottant se situent dans la même direction verticale.- "buoyancy center" the point of application of the result of the forces of Archimedes' thrust, and also corresponds to the geometric center of the immersed volume (volume of the fluid displaced); in static equilibrium, the center of buoyancy and the center of gravity of a floating object are located in the same vertical direction.
Le centre de gravité de la turbomachine est tel que, lorsque l'éolienne est disposée sur un sol horizontal, la direction verticale passant par le centre de gravité de la turbomachine est décalé de l'axe de symétrie longitudinal de la plateforme flottante. Il est considéré que le centre de gravité de la plateforme flottante est situé sur l'axe de symétrie longitudinal de la plateforme flottante. Lorsque l'éolienne flottante est à poste, si l’on considère que la partie avant de l’éolienne flottante est celle qui fait face au vent, cet agencement créé un moment, dit moment « piqueur », s'exerçant sur l'éolienne.The center of gravity of the turbomachine is such that, when the wind turbine is placed on horizontal ground, the vertical direction passing through the center of gravity of the turbomachine is offset from the longitudinal axis of symmetry of the floating platform. It is considered that the center of gravity of the floating platform is located on the longitudinal axis of symmetry of the floating platform. When the floating wind turbine is at work, if we consider that the front part of the floating wind turbine is the one facing the wind, this arrangement creates a moment, called a "picking" moment, acting on the wind turbine .
Lorsque les forces appliquées sur l'éolienne sont la poussée d'Archimède et la gravité (pas de vent), l'éolienne a tendance à être inclinée du fait dudit décalage ; l'axe de symétrie longitudinal de la plateforme flottante forme un angle non nul, dit « angle piqueur », par rapport à la direction verticale (qui passe constamment par le centre de flottabilité). Lorsque les forces appliquées sur l'éolienne sont la poussée d'Archimède, la gravité et l'action du vent, l'action du vent créé un moment, dit moment « cabreur » qui compense ledit moment piqueur. L'éolienne a tendance à se redresser vers ou dans une position sensiblement verticale du fait de l'action du vent sur les turbines ; l'axe de symétrie longitudinal de la plateforme flottante forme un angle, dit « angle redresseur », inférieur à l'angle piqueur ou un angle nul par rapport à la direction verticale.When the forces applied to the wind turbine are Archimedes' thrust and gravity (no wind), the wind turbine tends to be inclined due to said offset; the longitudinal axis of symmetry of the floating platform forms a non-zero angle, known as the "stitching angle", with respect to the vertical direction (which constantly passes through the center of buoyancy). When the forces applied to the wind turbine are Archimedes' thrust, gravity and the action of the wind, the action of the wind creates a moment, known as the "nose up" moment which compensates for this biting moment. The wind turbine tends to straighten towards or in a substantially vertical position due to the action of the wind on the turbines; the longitudinal axis of symmetry of the floating platform forms an angle, called the "rectifier angle", less than the stitching angle or a zero angle relative to the vertical direction.
-9Ce moment piqueur par construction vient ainsi s'opposer aux effets des vents, et permet donc à la machine de supporter des forces de vents plus importantes que si elle était équilibrée pour être verticale par vent nul.-9This stitching moment by construction thus opposes the effects of winds, and therefore allows the machine to withstand greater wind forces than if it were balanced to be vertical in zero wind.
On notera que cette configuration de turbines, décalées vers l'amont par rapport à l'axe de pivotement du pylône, est particulièrement favorable pour l'obtention d'un tel centre de gravité décalé, tout en conservant une architecture centrée et symétrique pour le flotteur, et donc simple et compacte et économique, par exemple en disposant simplement l'axe de pivotement de pylône au centre du flotteur.It will be noted that this configuration of turbines, offset upstream relative to the pivot axis of the pylon, is particularly favorable for obtaining such an offset center of gravity, while retaining a centered and symmetrical architecture for the float, and therefore simple and compact and economical, for example by simply placing the pylon pivot axis in the center of the float.
Selon un deuxième mode de réalisation alternatif, les membres de liaison sont agencés et configurés pour que l'axe longitudinal du pylône est compris dans le deuxième plan contenant les axes de rotation des turbines. Ceci a pour avantages d'obtenir une structure plus simple, robuste, compacte et économe en matière première, et d'obtenir une structure plus rigide ce qui permet d'augmenter le seuil des fréquences propres vibratoires et ainsi augmenter l'éloignement avec la fréquence maximale des pales.According to a second alternative embodiment, the connecting members are arranged and configured so that the longitudinal axis of the pylon is included in the second plane containing the axes of rotation of the turbines. This has the advantages of obtaining a simpler, robust, compact and economical structure in raw material, and of obtaining a more rigid structure which makes it possible to increase the threshold of the vibratory natural frequencies and thus to increase the distance with the frequency. maximum of the blades.
Typiquement, selon le premier ou le deuxième mode de réalisation, l'axe de pivotement du pylône est confondu avec l'axe longitudinal du pylône. De préférence, l'axe longitudinal du pylône est confondu avec l'axe de symétrie longitudinal voire central de la plateforme flottante. Ceci permet d'économiser de la matière, ainsi que simplicité, compacité et robustesse.Typically, according to the first or second embodiment, the pivot axis of the pylon is coincident with the longitudinal axis of the pylon. Preferably, the longitudinal axis of the pylon coincides with the longitudinal or even central axis of symmetry of the floating platform. This saves on material, as well as simplicity, compactness and robustness.
Selon un mode de réalisation, l'axe de pivotement du pylône s'étend dans la direction verticale passant par le centre de gravité de la plateforme flottante.According to one embodiment, the pivot axis of the pylon extends in the vertical direction passing through the center of gravity of the floating platform.
Selon un autre mode de réalisation, l'axe de pivotement du pylône s'étend dans une direction verticale qui ne passe pas par le centre de gravité de la plateforme flottante.According to another embodiment, the pivot axis of the pylon extends in a vertical direction which does not pass through the center of gravity of the floating platform.
Selon un troisième mode de réalisation, le pylône présente une forme en « baïonnette », de sorte que le pylône comprend une partie principale verticale et une partie de raccordement reliée à l'axe de pivotement, deAccording to a third embodiment, the pylon has a “bayonet” shape, so that the pylon comprises a main vertical part and a connection part connected to the pivot axis, of
-10sorte que l'axe de pivotement du pylône est distinct de l'axe longitudinal du pylône.-10so that the pivot axis of the pylon is distinct from the longitudinal axis of the pylon.
Ce mode de réalisation permet par exemple de décaler davantage le centre de gravité de la turbomachine par rapport au centre de gravité de la plateforme flottante.This embodiment makes it possible for example to shift the center of gravity of the turbomachine further with respect to the center of gravity of the floating platform.
De préférence, la partie principale réalise une liaison rotative de la turbomachine par rapport à la partie de raccordement, autour d'un axe de de pivotement de la turbomachine, lequel est vertical et situé en amont du vent par rapport à l'axe de pivotement du pylône. La partie principale est en liaison pivot par rapport à la partie de raccordement. La partie principale tourne librement par rapport à la partie de raccordement. Cette rotation fournit ainsi une orientation naturelle par rapport au pylône, par exemple pour les variations d’orientation du vent qui sont de courte durée et/ou de faible ampleur. Dans ce mode de réalisation, le dispositif d'asservissement de commande active en lacet agit seulement sur la partie de raccordement relativement à la plateforme flottante. Il est ainsi possible de limiter le fonctionnement de la régulation asservie.Preferably, the main part performs a rotary connection of the turbomachine with respect to the connection part, around a pivot axis of the turbomachine, which is vertical and located upstream of the wind relative to the pivot axis of the pylon. The main part is pivotally connected to the connection part. The main part turns freely relative to the connection part. This rotation thus provides a natural orientation relative to the pylon, for example for the variations in wind orientation which are short-lived and / or small. In this embodiment, the active yaw control servo device acts only on the connection part relative to the floating platform. It is thus possible to limit the operation of the slave regulation.
De manière préférentielle, le centre de poussée aérodynamique et/ou le deuxième plan de la turbomachine est placé sous le vent, en aval (de l'axe longitudinal de la partie principale verticale), par rapport à l'axe de pivotement de la turbomachine sur la partie de raccordement, et au vent, en amont, par rapport à l'axe de pivotement du pylône en baïonnette sur la base flottante.Preferably, the aerodynamic thrust center and / or the second plane of the turbomachine is placed downwind, downstream (from the longitudinal axis of the vertical main part), relative to the pivot axis of the turbomachine on the connection part, and in the wind, upstream, relative to the pivot axis of the bayonet pylon on the floating base.
Cet agencement permet d'obtenir à la fois un certain auto-alignement de la turbomachine par rapport au vent ainsi qu'un couple de rappel gravitaire (moment piqueur) permettant une certaine compensation du moment de tangage (« moment cabreur ») appliqué par le vent à la plateforme flottante.This arrangement makes it possible to obtain both a certain self-alignment of the turbomachine relative to the wind as well as a gravity return torque (biting moment) allowing a certain compensation for the pitching moment ("nose-up moment") applied by the wind to the floating platform.
Selon les configurations le décalage aval de l’axe de pivotement de la turbomachine par rapport à l’axe de pivotement du pylône peut être inférieur, égal, ou supérieur au décalage créé par la baïonnette.Depending on the configuration, the downstream offset of the pivot axis of the turbomachine relative to the pivot axis of the pylon may be less, equal, or greater than the offset created by the bayonet.
Selon un mode de réalisation compatible avec tous les modes de réalisation déjà évoqués, les membres de liaison comprennent des membresAccording to an embodiment compatible with all the embodiments already mentioned, the linking members include members
-11de liaison hauts et bas, chaque membre de liaison tenant une extrémité d'un axe de rotation d'une turbine. Les membres de liaison hauts et bas s'étendent de part et d'autre du pylône.-11 link up and down, each link member holding one end of an axis of rotation of a turbine. The top and bottom link members extend on either side of the pylon.
Les membres de liaison bas tiennent les extrémités inférieures des axes de rotation des première et deuxième turbines. Les membres de liaison hauts tiennent les extrémités supérieures des axes de rotation des première et deuxième turbines.The lower link members hold the lower ends of the axes of rotation of the first and second turbines. The high link members hold the upper ends of the axes of rotation of the first and second turbines.
Par exemple, un membre de liaison peut être une nervure ou un longeron. Il s'étend sensiblement de manière transversale et/ou horizontale.For example, a connecting member can be a rib or a spar. It extends substantially transversely and / or horizontally.
Les membres de liaison permettent de maintenir chaque turbine par une liaison pivot. Ils permettent d'éliminer la nécessité d'un arbre central d'entrainement. Ils permettent de placer les pales droites des turbines suffisamment rapprochées l'une de l'autre de manière à accroître le rendement de chacune des turbines.The link members allow each turbine to be held by a pivot link. They eliminate the need for a central drive tree. They allow the straight blades of the turbines to be placed close enough to each other so as to increase the efficiency of each of the turbines.
De préférence, les membres de liaison hauts et bas s'étendent de part et d'autre du pylône de façon à présenter une forme en « V » dans un troisième plan perpendiculaire à l'axe du pylône.Preferably, the upper and lower connecting members extend on either side of the pylon so as to have a “V” shape in a third plane perpendicular to the axis of the pylon.
La forme en V des membres de liaison permet de décaler les axes de rotation des première et deuxième turbines. Ceci a pour avantage de placer les deux turbines et donc le centre de poussée aérodynamique en amont ou en aval de l'axe de pivotement du pylône par le dispositif d'asservissement en commande active en lacet de manière que le plan contenant les axes de rotation des turbines (deuxième plan géométrique) s’oriente par rapport au vent.The V-shape of the connecting members makes it possible to offset the axes of rotation of the first and second turbines. This has the advantage of placing the two turbines and therefore the aerodynamic thrust center upstream or downstream of the pivot axis of the pylon by the servo control device in active yaw control so that the plane containing the axes of rotation turbines (second geometrical plane) is oriented in relation to the wind.
Selon un mode de réalisation compatible avec tous les modes de réalisation déjà évoqués, le pylône présente une forme fine et profilée. Ceci permet de limiter au maximum la traînée de celui-ci, d'optimiser son moment quadratique de flexion pour conserver une rigidité maximale et de minimiser la consommation de matière première. Selon une réalisation particulière, le pylône sera profilé soit avec une forme elliptique de rapport d'aspect proche de deux soit suivant un profil NACA symétrique à 4 chiffres plutôt épais (épaisseur relative supérieure à 20%).According to an embodiment compatible with all the embodiments already mentioned, the pylon has a fine and profiled shape. This makes it possible to limit its drag as much as possible, to optimize its quadratic bending moment to maintain maximum rigidity and to minimize the consumption of raw material. According to a particular embodiment, the pylon will be profiled either with an elliptical shape of aspect ratio close to two or according to a rather thick symmetrical NACA profile with 4 digits (relative thickness greater than 20%).
-12Description des figures et des modes de réalisation-12 Description of figures and embodiments
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, au regard de figures annexées sur lesquelles :Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description of implementations and embodiments which are in no way limiting, with regard to the appended figures in which:
- les figures 1, 2a, 2b et 2c montrent un premier mode de réalisation d'une éolienne flottante selon l'invention dans lequel l'axe longitudinal du pylône est distinct d'un plan géométrique contenant les axes de rotation des deux turbines, et dans lequel l'axe de pivotement du pylône est confondu avec l'axe longitudinal dudit pylône ; la figure 1 étant une vue en perspective de l'éolienne , la figure 2a étant un schéma de la disposition des différents axes et plans conforme au premier mode de réalisation, l'éolienne étant vue de dessus, et les figure 2b et 2c étant des vues latérales selon un plan géométrique perpendiculaire au plan géométrique contenant les axes de rotation des turbines ; la figure 2b représentant l'éolienne flottante dans un état incliné sur un plan d'eau en l'absence de vent et, la figure 2c représentant l'éolienne de la figure 2b dans un état sensiblement horizontal en présence de vent ;FIGS. 1, 2a, 2b and 2c show a first embodiment of a floating wind turbine according to the invention in which the longitudinal axis of the pylon is distinct from a geometric plane containing the axes of rotation of the two turbines, and in which the pivot axis of the pylon coincides with the longitudinal axis of said pylon; FIG. 1 being a perspective view of the wind turbine, FIG. 2a being a diagram of the arrangement of the different axes and planes according to the first embodiment, the wind turbine being seen from above, and FIGS. 2b and 2c being lateral views along a geometric plane perpendicular to the geometric plane containing the axes of rotation of the turbines; FIG. 2b representing the floating wind turbine in an inclined state on a body of water in the absence of wind and, FIG. 2c representing the wind turbine of FIG. 2b in a substantially horizontal state in the presence of wind;
- les figures 3, 4a et 4b montrent un deuxième mode de réalisation d'une éolienne flottante selon l'invention dans lequel l'axe longitudinal du pylône est compris dans le plan géométrique contenant les axes de rotation des deux turbines, et dans lequel l'axe de pivotement du pylône est confondu avec l'axe longitudinal dudit pylône ; la figure 3 étant une vue en perspective de l'éolienne, la figure 4a étant un schéma de la disposition des différents axes et plans conforme au deuxième mode de réalisation, l'éolienne étant vue de dessus, et la figure 4b étant une vue latérale selon un plan géométrique perpendiculaire au plan géométrique contenant les axes de rotation des turbines ;- Figures 3, 4a and 4b show a second embodiment of a floating wind turbine according to the invention in which the longitudinal axis of the pylon is included in the geometric plane containing the axes of rotation of the two turbines, and in which l the pivot axis of the pylon coincides with the longitudinal axis of said pylon; FIG. 3 being a perspective view of the wind turbine, FIG. 4a being a diagram of the arrangement of the different axes and planes according to the second embodiment, the wind turbine being seen from above, and FIG. 4b being a side view along a geometric plane perpendicular to the geometric plane containing the axes of rotation of the turbines;
- la figure 5 montre un troisième mode de réalisation d'une éolienne flottante selon l'invention dans lequel l'axe longitudinal du pylône est distinct d'un plan géométrique contenant les axes de rotation des deux turbines, et dans lequel l'axe de pivotement du pylône est distinct de l'axe longitudinal dudit pylône ; la figure 5 étant une vue latérale selon un plan géométrique perpendiculaire au plan géométrique contenant les axes de rotation des turbines ;- Figure 5 shows a third embodiment of a floating wind turbine according to the invention in which the longitudinal axis of the pylon is distinct from a geometric plane containing the axes of rotation of the two turbines, and in which the axis of pivoting of the pylon is distinct from the longitudinal axis of said pylon; Figure 5 being a side view along a geometric plane perpendicular to the geometric plane containing the axes of rotation of the turbines;
- les figures 6a et 6b sont des schémas en vue de dessus de la disposition des différents axes et plans conformément au troisième mode de réalisation, l'éolienne étant vue de dessus, la figure 6a illustrant la rotation de la structure de maintien des turbines selon l'axe longitudinal du pylône, relativement à la partie principale verticale du pylône et à la partie de raccordement, et la figure 6b illustrant en outre la rotation de la partie de raccordement de la figure 6a relativement à la plateforme flottante selon l'axe de pivotement du pylône ;- Figures 6a and 6b are diagrams in top view of the arrangement of the different axes and planes in accordance with the third embodiment, the wind turbine being viewed from above, Figure 6a illustrating the rotation of the holding structure of the turbines according to the longitudinal axis of the pylon, relative to the main vertical part of the pylon and the connection part, and FIG. 6b further illustrating the rotation of the connection part of FIG. 6a relative to the floating platform along the axis of pivoting of the pylon;
- la figure 7 est une photo montrant un exemple de turbine à deux pales.- Figure 7 is a photo showing an example of a two-blade turbine.
Description d'exemples de mode de réalisationDescription of exemplary embodiments
Les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs ; on pourra notamment mettre en œuvre des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.The embodiments which will be described below are in no way limiting; it will be possible in particular to implement variants of the invention comprising only a selection of characteristics described subsequently isolated from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from in the prior art. This selection comprises at least one characteristic, preferably functional, without structural details, or with only a part of the structural details if this part only is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique.In particular, all the variants and all the embodiments described can be combined with one another if there is nothing technically opposed to this combination.
Les figures 1, 3 et 5 illustrent respectivement une éolienne flottante 10 selon trois modes de réalisation qui seront décrits individuellement cidessous. L'éolienne 10 est du type à axe vertical (dites VAWT abréviation de vertical-axis wind turbine) et est agencée et configurée pour flotter sur un plan d'eau à grande profondeur, en particulier en mer loin du rivage. L'éolienne 10 comprend une plateforme flottante 14 assurant la flottabilité de l'ensemble du dispositif et servant de support. Des tirants ou des câbles (non représentés) sont utilisés pour maintenir en position l'éolienne sur leFigures 1, 3 and 5 respectively illustrate a floating wind turbine 10 according to three embodiments which will be described individually below. The wind turbine 10 is of the vertical axis type (called VAWT abbreviation of vertical-axis wind turbine) and is arranged and configured to float on a body of water at great depth, in particular at sea far from the shore. The wind turbine 10 comprises a floating platform 14 ensuring the buoyancy of the entire device and serving as a support. Tie rods or cables (not shown) are used to hold the wind turbine in position on the
-14plan d'eau et éviter qu'elle dérive. Pour la suite de la description, les figures 1, et 3 montrent des éoliennes hors d'eau.-14 body of water and prevent it drifting. For the remainder of the description, FIGS. 1 and 3 show wind turbines out of water.
L'éolienne flottante 10 comprend une turbomachine reposant sur la plateforme 14. En référence aux figures 1, 3 et 5, la turbomachine, appelée aussi aérogénérateur, comprend un pylône vertical 20 fixé à la plateforme flottante 14. Le pylône 20 est monté rotatif selon un axe de pivotement M de pylône (voir figures 2b, 2c, 4b et 5) par rapport à la plateforme flottante 14. Le pylône 20 est destiné à supporter des turbines.The floating wind turbine 10 comprises a turbomachine resting on the platform 14. With reference to FIGS. 1, 3 and 5, the turbomachine, also called an aerogenerator, comprises a vertical pylon 20 fixed to the floating platform 14. The pylon 20 is mounted to rotate according to a pivot axis M of the pylon (see FIGS. 2b, 2c, 4b and 5) relative to the floating platform 14. The pylon 20 is intended to support turbines.
En référence aux figures 1 et 3, l'éolienne flottante 10 comprend deux turbines 30 à axe vertical juxtaposées et contra rotatives à flux transverse. En référence aux figures 2a et 4a, les deux turbines 30 présentent des axes de rotation verticaux A et A' parallèles entre eux. Lesdits axes de rotation sont disposés de façon symétrique par rapport à un premier plan géométrique de symétrie PI. Lesdits axes de rotation A et A' sont parallèles à l'axe longitudinal L du pylône. Selon tous les modes de réalisation, l'axe longitudinal L du pylône s'étend dans le plan de symétrie PI de sorte que l'axe longitudinal du pylône se situe entre les turbines 30. En outre, il est défini un plan géométrique P2 contenant les deux axes de rotation A et A' des turbines, voir figures 2a et 4a.Referring to Figures 1 and 3, the floating wind turbine 10 comprises two turbines 30 with vertical axis juxtaposed and counter rotating with transverse flow. Referring to Figures 2a and 4a, the two turbines 30 have vertical axes of rotation A and A 'parallel to each other. Said axes of rotation are arranged symmetrically with respect to a first geometric plane of symmetry PI. Said axes of rotation A and A 'are parallel to the longitudinal axis L of the pylon. According to all of the embodiments, the longitudinal axis L of the pylon extends in the plane of symmetry PI so that the longitudinal axis of the pylon is located between the turbines 30. In addition, there is defined a geometric plane P2 containing the two axes of rotation A and A ′ of the turbines, see FIGS. 2a and 4a.
Dans cet exemple, chaque turbine 30 comprend deux pales 32 s'étendant verticalement et qui, en fonctionnement, sont soumises à l'action du vent afin de mettre en rotation la turbine. Les pales 32 s'étendent parallèlement à l'axe de rotation de la turbine A ou A' et sont disposées de manière diamétralement opposées par rapport auxdits axes de rotation A ou A'.In this example, each turbine 30 comprises two blades 32 extending vertically and which, in operation, are subjected to the action of the wind in order to rotate the turbine. The blades 32 extend parallel to the axis of rotation of the turbine A or A 'and are arranged diametrically opposite with respect to said axes of rotation A or A'.
En référence aux figures 1, 3, 5 et 7, chaque pale 32 se prolonge à chacune de ses deux extrémités, une extrémité haute et une extrémité basse, par un bras. A l'extrémité haute, chaque pale 32 se prolonge par un bras supérieur 33. A l'extrémité basse, chaque pale 32 se prolonge par un bras inférieur 31. Les bras supérieur 33 et inférieur 31 sont raccordés respectivement à la pale 32 par un coude arrondi. Les pales de chaque turbine décrivent un cylindre dans leur rotation, voir figures 2a, 4a et 6a.With reference to FIGS. 1, 3, 5 and 7, each blade 32 is extended at each of its two ends, a high end and a low end, by an arm. At the upper end, each blade 32 is extended by an upper arm 33. At the lower end, each blade 32 is extended by a lower arm 31. The upper 33 and lower 31 arms are connected respectively to the blade 32 by a rounded elbow. The blades of each turbine describe a cylinder in their rotation, see Figures 2a, 4a and 6a.
Les bras sont reliés à des éléments d'arbre par des liaisons pivotantes formant axe de rotation de pale. En référence à la figure 7, chaque turbine 30 comprend deux moyeux d'axe de turbine, un moyeu supérieur 36 et unThe arms are connected to shaft elements by pivoting links forming the blade rotation axis. With reference to FIG. 7, each turbine 30 comprises two turbine axis hubs, an upper hub 36 and a
-15moyeu inférieur 34. Les moyeux 36 et 34 sont rotatifs autour d'éléments d'arbres de hauteur réduite d'axe A ou A'. Chaque bras supérieur 33 est fixé à un moyeu supérieur 36 et chaque bras inférieur 31 est fixé à un moyeu inférieur 34.-15 lower hub 34. The hubs 36 and 34 are rotatable around elements of reduced height shafts of axis A or A '. Each upper arm 33 is fixed to an upper hub 36 and each lower arm 31 is fixed to a lower hub 34.
En référence aux figures 1, 2b, 2c, 3, 4b et 5, l'éolienne flottante 10 comprend des membres de liaison, des membres de liaison hauts 43 et des membres de liaison bas 41, reliés fixement au pylône et, portant et tenant à distance les arbres de rotation des turbines. Pour chaque turbine, il est nécessaire d'un membre de liaison haut 43 et d'un membre de liaison bas 41 pour porter celle-ci. Les membres de liaison hauts 43 s'étendent à partir du sommet du pylône ; les membres de liaison bas 41 s'étendent à partir du pylône au voisinage de la plateforme flottante 14. Selon un mode de réalisation non représenté, les membres de liaison bas 41 s'étendent au voisinage de la ligne de flottaison, à distance des vagues.With reference to FIGS. 1, 2b, 2c, 3, 4b and 5, the floating wind turbine 10 comprises link members, high link members 43 and low link members 41, fixedly connected to the pylon and, carrying and holding the turbine rotation shafts at a distance. For each turbine, it is necessary to have a top link member 43 and a bottom link member 41 to carry the latter. The tall link members 43 extend from the top of the pylon; the bottom link members 41 extend from the pylon in the vicinity of the floating platform 14. According to an embodiment not shown, the bottom link members 41 extend in the vicinity of the water line, at a distance from the waves .
Ainsi les membres de liaison hauts 43 et bas 41 maintiennent chaque turbine par une liaison pivot, éliminant la nécessité d'un arbre central d'entrainement. Chaque membre de liaison relie le pylône 20 à un moyeu 34 ou 36.Thus the top 43 and bottom 41 link members hold each turbine by a pivot link, eliminating the need for a central drive shaft. Each connecting member connects the pylon 20 to a hub 34 or 36.
L'éolienne comprend en outre des génératrices (non représentées) afin de transformer l'énergie mécanique de rotation des turbines en énergie électrique. Chaque génératrice est reliée de manière connue à une turbine. Les génératrices sont disposées sous les membres de liaison inférieurs et/ou près de la plateforme flottante.The wind turbine also includes generators (not shown) in order to transform the mechanical energy of rotation of the turbines into electrical energy. Each generator is connected in a known manner to a turbine. The generators are arranged under the lower link members and / or near the floating platform.
L'éolienne flottante 10 comprend un dispositif de détection de la direction du vent (non représenté) et un dispositif d'asservissement en commande en lacet 50 de l'axe de pivotement M du pylône. En référence aux figures 2b, 2c, 4b et 5, le dispositif d'asservissement 50 est disposé près de l'arbre de pivotement du pylône afin d'agir sur celui-ci. Il est en outre disposé près de la plateforme flottante 14 afin de faciliter l'installation et la maintenance éventuelle. Le dispositif d'asservissement en commande active en lacet 50 est agencé et configuré pour, qu'en cas d'activation dudit dispositif, mettre en mouvement le pylône 20 de façon à placer le deuxième plan P2, contenant les axes de rotation A et A' des turbines 30,The floating wind turbine 10 includes a wind direction detection device (not shown) and a yaw control device 50 for controlling the pivot axis M of the pylon. Referring to Figures 2b, 2c, 4b and 5, the servo device 50 is arranged near the pivot shaft of the pylon in order to act on it. It is also arranged near the floating platform 14 in order to facilitate installation and possible maintenance. The active yaw control device 50 is arranged and configured so that, in the event of activation of said device, set the pylon 20 in motion so as to place the second plane P2, containing the axes of rotation A and A '' turbines 30,
-16sensiblement perpendiculairement à la direction du vent. La direction du vent est supposée être sensiblement horizontale ou parallèle au plan d'eau sur lequel se trouve l'éolienne flottante. En cas d'inactivation du dispositif d'asservissement, le pylône est laissé libre en rotation.-16 noticeably perpendicular to the wind direction. The wind direction is assumed to be substantially horizontal or parallel to the body of water on which the floating wind turbine is located. If the servo device is deactivated, the pylon is left free to rotate.
Il va maintenant être détaillé différents exemples de modes de réalisation.Various examples of embodiments will now be detailed.
Selon un premier mode de réalisation représenté par les figures 1, 2a, 2b et 2c, l'éolienne flottante est agencée et configurée pour disposer le pylône 20 en aval du deuxième plan P2 contenant les axes de rotation A et A' des turbines relativement au sens du vent. Les membres de liaison 41 et 43 sont agencés et configurés pour placer les turbines dans la position permettant d'obtenir un décalage de l'axe longitudinal L du pylône par rapport au plan P2 contenant les axes de rotation A et A' des turbines, de sorte que ledit axe longitudinal est en-dehors du plan P2, comme en figure 2a. En référence aux figures 2a et 2b, le décalage est représenté par la distance ou l'écartement « X ». En référence à la figure 1, les membres de liaison hauts 43 et bas 41 s'étendent de part et d'autres du pylône 20 de façon à présenter une forme en V.According to a first embodiment represented by FIGS. 1, 2a, 2b and 2c, the floating wind turbine is arranged and configured to place the pylon 20 downstream of the second plane P2 containing the axes of rotation A and A 'of the turbines relative to the sense of wind. The connecting members 41 and 43 are arranged and configured to place the turbines in the position making it possible to obtain an offset of the longitudinal axis L of the pylon relative to the plane P2 containing the axes of rotation A and A 'of the turbines, so that said longitudinal axis is outside the plane P2, as in FIG. 2a. With reference to FIGS. 2a and 2b, the offset is represented by the distance or the spacing "X". With reference to FIG. 1, the top 43 and bottom 41 connecting members extend on either side of the pylon 20 so as to have a V shape.
Ce décalage a pour effet que le centre de gravité CT de la turbomachine se situe en dehors de l'axe longitudinal L du pylône qui est lui-même placé dans l'axe de symétrie de la plateforme flottante 14. On entend par le centre de gravité de la turbomachine, l'ensemble comprenant les turbines, les génératrices avec les équipements électriques (non représentés). Le centre de gravité CT de la turbomachine se situe sensiblement dans le plan P2.This offset has the effect that the center of gravity CT of the turbomachine is located outside the longitudinal axis L of the pylon which is itself placed in the axis of symmetry of the floating platform 14. The center of gravity of the turbomachine, the assembly comprising the turbines, the generators with the electrical equipment (not shown). The center of gravity CT of the turbomachine is located substantially in the plane P2.
Or le centre de gravité de la plateforme flottante se situe dans le prolongement de l'axe longitudinal L du pylône, de sorte que le centre de gravité, représenté par le point CT, de l'ensemble turbomachine est décalé et en dehors de la direction verticale passant par le centre de gravité de la plateforme flottante 14. En l'absence de vent, il en résulte qu'il existe un moment gravitaire, dit moment « piqueur », qui provoque, lorsque l'éolienne flottante 10 est placée sur un plan d'eau W comme sur la figure 2b, l'inclinaison de l'éolienne. L'éolienne 10 se maintient en équilibre dans cette position inclinée du fait d'une part de l'effet de pesanteur s'appliquantHowever, the center of gravity of the floating platform is located in the extension of the longitudinal axis L of the pylon, so that the center of gravity, represented by the point CT, of the turbomachine assembly is offset and outside the direction vertical passing through the center of gravity of the floating platform 14. In the absence of wind, it follows that there is a gravitational moment, known as a "picking" moment, which causes, when the floating wind turbine 10 is placed on a body of water W as in Figure 2b, the inclination of the wind turbine. The wind turbine 10 is kept in equilibrium in this inclined position due on the one hand to the gravity effect applied
-17à la fois sur la turbomachine et la plateforme flottante, et d'autre part de la poussée d'Archimède. Pour simplifier la lecture de la figure 2b, on considère que le centre de gravité de l'ensemble de l'éolienne se situe au point CT. L'éolienne se maintient donc en position du fait des forces opposées : d'une part le poids P s'appliquant au centre de gravité CT de l'éolienne, et d'autre part la poussée d'Archimède B s'appliquant au centre de flottabilité, représenté par le point CP sur la figure 2b. Par exemple, la plateforme flottante est au moins dix fois plus lourde que la turbomachine.-17 both on the turbomachine and the floating platform, and on the other hand the Archimedes thrust. To simplify the reading of Figure 2b, we consider that the center of gravity of the whole wind turbine is located at point CT. The wind turbine therefore maintains its position due to the opposing forces: on the one hand the weight P applying to the center of gravity CT of the wind turbine, and on the other hand the buoyancy of Archimedes B applying to the center buoyancy, represented by the point CP in Figure 2b. For example, the floating platform is at least ten times heavier than the turbomachine.
En référence aux figures 2a et 2c, le sens du vent est représenté par les flèches V orientées de la gauche vers la droite. Lorsque le vent souffle, le dispositif de détection de la direction et du sens du vent (non représenté) permet de renseigner le dispositif d'asservissement de commande active en lacet afin d'agir sur l'arbre de pivotement du pylône pour placer le plan P2 contenant les axes de rotation A et A' en amont de l'axe de pivotement M du pylône relativement au sens du vent, voir figures 2a et 2c.With reference to FIGS. 2a and 2c, the direction of the wind is represented by the arrows V oriented from left to right. When the wind is blowing, the wind direction and direction detection device (not shown) allows the active control yawning control device to be informed in order to act on the pivot shaft of the pylon to place the plane P2 containing the axes of rotation A and A 'upstream of the pivot axis M of the pylon relative to the direction of the wind, see Figures 2a and 2c.
En référence à la figure 2a, il est illustré le pivotement de la turbomachine autour de l'axe de pivotement M du pylône, depuis une première position dans laquelle un plan P2a (correspondant au plan P2 avant réglage et représenté schématiquement en pointillés) n'est pas perpendiculaire à la direction du vent jusqu'à une deuxième position dans laquelle le plan P2 (représenté schématiquement en trait plein) est perpendiculaire à la direction du vent.With reference to FIG. 2a, the pivoting of the turbomachine around the pivot axis M of the pylon is illustrated, from a first position in which a plane P2a (corresponding to the plane P2 before adjustment and shown diagrammatically in dotted lines) n ' is not perpendicular to the wind direction until a second position in which the plane P2 (shown schematically in solid lines) is perpendicular to the wind direction.
La figure 2c représente les forces s'exerçant sur l'éolienne flottante lorsque le vent souffle et en fonction de la direction et du sens du vent. En considérant le point d'appui du pylône sur la plateforme flottante (point O) indiqué sur la figure 2c, le centre de gravité de la turbomachine est situé en amont du pylône relativement au sens du vent, c'est-à-dire à gauche du pylône sur la figure 2c. Lorsque le vent souffle sur l'éolienne, une nouvelle action mécanique s'exerce sur l'éolienne due à la traînée. La résultante des forces du vent (représentée par la flèche Ft) s'applique au point T ou « centre de poussée aérodynamique » sur le pylône 20. Le point T se situe sensiblement sur l'axe longitudinal L du pylône. Cette action entraîne un moment aérodynamique de tangage induit par la traînée, dit moment « cabreur ». Le moment « piqueur » (en raison du poids de l'ensemble turbomachine) permet de compenser tout ou partie le momentFIG. 2c represents the forces exerted on the floating wind turbine when the wind is blowing and as a function of the direction and the direction of the wind. Considering the point of support of the pylon on the floating platform (point O) indicated in FIG. 2c, the center of gravity of the turbomachine is located upstream of the pylon relative to the direction of the wind, i.e. left of the pylon in Figure 2c. When the wind blows on the wind turbine, a new mechanical action is exerted on the wind turbine due to the drag. The result of the wind forces (represented by the arrow Ft) applies to the point T or "aerodynamic center of thrust" on the pylon 20. The point T is located substantially on the longitudinal axis L of the pylon. This action results in an aerodynamic moment of pitch induced by the drag, called the "nose up" moment. The “biting” moment (due to the weight of the turbomachine assembly) makes it possible to compensate all or part of the moment
-18aérodynamique de tangage induit par la traînée des rotors en présence de vent, dit moment « cabreur », de sorte qu'en fonctionnement l'éolienne flottante 10 est sensiblement horizontale sur le plan d'eau W.Pitch aerodynamics induced by the drag of the rotors in the presence of wind, called "nose up" moment, so that in operation the floating wind turbine 10 is substantially horizontal on the water level W.
Cet effet est obtenu en considérant des vitesses moyennes de vent supérieures à 8m/s. Selon les caractéristiques dimensionnelles de la turbomachine, il est déterminé la force Ft, et ainsi le moment « cabreur » estimé. Il est ensuite déterminé le décalage du centre de gravité CT de la turbomachine qui créera un moment « piqueur » compensant le moment « cabreur » estimé. Enfin les membres de liaison 41 et 43 sont agencés et configurés pour placer les turbines dans la position permettant d'obtenir le décalage du centre de gravité CT escompté.This effect is obtained by considering average wind speeds greater than 8m / s. According to the dimensional characteristics of the turbomachine, the force Ft is determined, and thus the estimated nose-up moment. It is then determined the offset of the center of gravity CT of the turbomachine which will create a “biting” moment compensating for the estimated “nose-up” moment. Finally, the connecting members 41 and 43 are arranged and configured to place the turbines in the position making it possible to obtain the offset from the expected center of gravity CT.
En tout état de cause, le moment de tangage transmis à la plateforme flottante par l'ensemble turbomachine se trouve ainsi réduit. En outre un gain non négligeable sur les dimensions du flotteur est obtenu. Ce point est important sachant le coût et la consommation de matières premières liée à la fabrication du flotteur (le coût du flotteur est estimé entre 15 et 20% du coût total d'une installation éolienne offshore flottante). Cet agencement permet en outre à l'éolienne d'accepter des vitesses de vent plus importantes que les éoliennes de l'art antérieur.In any event, the pitching moment transmitted to the floating platform by the turbomachine assembly is thus reduced. In addition, a significant gain on the dimensions of the float is obtained. This point is important given the cost and consumption of raw materials related to the manufacture of the float (the cost of the float is estimated between 15 and 20% of the total cost of a floating offshore wind installation). This arrangement also allows the wind turbine to accept higher wind speeds than the wind turbines of the prior art.
Le dispositif d'asservissement en commande active en lacet, placé au voisinage du point O, permet de faire pivoter l'ensemble turbomachine/aérogénérateur permettant d'une part de le placer face au vent et d'autre part d'équilibrer l'ensemble de l'éolienne lorsque le vent souffle, voir figures 2a et 2c.The active yaw control device, placed in the vicinity of point O, makes it possible to rotate the turbomachine / aerogenerator assembly making it possible on the one hand to place it facing the wind and on the other hand to balance the assembly wind turbine when the wind blows, see Figures 2a and 2c.
Selon un second mode de réalisation représenté par les figures 3, 4a et 4b, décrit par ses différences avec le premier mode de réalisation, l'axe longitudinal du pylône L se situe ou est installé dans le deuxième plan P2 contenant les axes de rotation A et A' des turbines 30. La figure 4b représente les forces s'exerçant sur l'éolienne flottante lorsque le vent souffle et en fonction de la direction et du sens du vent. Dans ce mode de réalisation, le centre de gravité CT de l'ensemble turbomachine et le centre de gravité de plateforme de flottaison se situent dans la même direction verticale, de sorte que l'éolienne reste sensiblement verticale en l'absence de vent. L'avantage de cette variante par rapport au premier mode deAccording to a second embodiment represented by FIGS. 3, 4a and 4b, described by its differences from the first embodiment, the longitudinal axis of the pylon L is located or is installed in the second plane P2 containing the axes of rotation A and A ′ of the turbines 30. FIG. 4b represents the forces exerted on the floating wind turbine when the wind is blowing and as a function of the wind direction and direction. In this embodiment, the center of gravity CT of the turbomachine assembly and the center of gravity of the flotation platform are located in the same vertical direction, so that the wind turbine remains substantially vertical in the absence of wind. The advantage of this variant compared to the first mode of
-19réalisation est d'obtenir une structure plus économe en matière première mais aussi beaucoup plus rigide ce qui permettra d'augmenter les fréquences propres vibratoires du système afin de les éloigner au maximum de celles des pales. Ces avantages sont obtenus au dépend d'une perte du moment gravitaire piqueur sur l'axe de tangage. Lors de vents faibles à modérés, l'éolienne flottante demeure sensiblement verticale, comme représentée sur la figure 4b.-19realization is to obtain a structure more economical in raw material but also much more rigid which will allow to increase the vibrational natural frequencies of the system in order to distance them as far as possible from those of the blades. These advantages are obtained at the expense of a loss of the biting gravity moment on the pitch axis. During light to moderate winds, the floating wind turbine remains substantially vertical, as shown in Figure 4b.
Le dispositif d'asservissement de commande active en lacet 50, placé au voisinage du point O, permet de faire pivoter l'ensemble turbomachine/aérogénérateur permettant de le placer face au vent, voir figure 4a.The active yaw control servo device 50, placed in the vicinity of point O, makes it possible to rotate the turbomachine / aerogenerator assembly enabling it to be placed facing the wind, see FIG. 4a.
Dans le premier et le deuxième mode de réalisation, l'axe longitudinal L du pylône 20 est confondu avec l'axe de pivotement M dudit pylône, l'axe de pivotement M étant entendu comme l'axe de pivotement de la turbomachine par rapport à la plateforme.In the first and second embodiments, the longitudinal axis L of the pylon 20 coincides with the pivot axis M of said pylon, the pivot axis M being understood as the pivot axis of the turbomachine relative to the platform.
Selon un troisième mode de réalisation représenté par les figures 5, 6a et 6b, décrit par ses différences avec le premier mode de réalisation, l'axe de pivotement du pylône M est distinct à la fois de l'axe longitudinal L du pylône 20 et du deuxième plan P2 contenant les axes de rotation A et A' des turbines. L'ensemble turbines 30 et membres de liaison hauts 43 et bas 41 est identique au premier mode de réalisation comme sa disposition par rapport au pylône.According to a third embodiment represented by FIGS. 5, 6a and 6b, described by its differences from the first embodiment, the pivot axis of the pylon M is distinct both from the longitudinal axis L of the pylon 20 and of the second plane P2 containing the axes of rotation A and A 'of the turbines. The set of turbines 30 and top 43 and bottom link members 41 is identical to the first embodiment as its arrangement with respect to the pylon.
Le pylône présente une forme en baïonnette ou en « L » et un axe de rotation libre N.The pylon has a bayonet or "L" shape and an axis of free rotation N.
Le pylône 20 comprend :The pylon 20 includes:
une partie principale verticale 22, dont l'axe longitudinal est l'axe longitudinal L défini auparavant, sur laquelle sont fixés les membres de liaison 43 et 41 comme précédemment, formant la structure de maintien pour les turbines, et une partie de raccordement 21, reliant l'extrémité inférieure de la partie principale 22 à la plateforme 14, s'étendant sensiblement horizontalement et perpendiculairement par rapport à la partiea vertical main part 22, the longitudinal axis of which is the longitudinal axis L defined above, on which the connecting members 43 and 41 are fixed as before, forming the holding structure for the turbines, and a connection part 21, connecting the lower end of the main part 22 to the platform 14, extending substantially horizontally and perpendicular to the part
-20principale, pour porter ladite partie principale 22 et se raccorder à la plateforme.-20 main, to carry said main part 22 and connect to the platform.
L'axe longitudinal L de la partie 22 du pylône est confondu avec l'axe de rotation libre N. La liaison mécanique entre la partie principale 22 et la partie de raccordement 21 est une liaison pivot d'axe N. Aucun asservissement en pivotement de la partie principale 22 relativement à la partie de raccordement 21 n'est prévu. En référence aux figures 6a et 6b, les turbines 30 peuvent pivoter relativement autour de l'axe de rotation libre N. Le plan P2 n'est pas représenté sur les figures 6a et 6b pour faciliter la lecture. En remplacement, il est représenté par deux traits formant un « V » les membres de liaison hauts 43 reliant les arbres de rotation des turbines au pylône.The longitudinal axis L of the part 22 of the pylon coincides with the free axis of rotation N. The mechanical connection between the main part 22 and the connection part 21 is a pivot connection of axis N. No servo-pivoting of the main part 22 relative to the connection part 21 is not provided. With reference to FIGS. 6a and 6b, the turbines 30 can pivot relatively around the free axis of rotation N. The plane P2 is not shown in FIGS. 6a and 6b to facilitate reading. Instead, it is represented by two lines forming a "V" the high link members 43 connecting the rotation shafts of the turbines to the pylon.
L'axe de pivotement du pylône M est inchangé alors que l'axe longitudinal L du pylône est en porte-à-faux par rapport à la plateforme flottante. On notera que les dimensions représentées ici pour la plateforme flottante ne sont pas nécessairement représentatives, et peuvent varier selon les réalisations.The pivot axis of the pylon M is unchanged while the longitudinal axis L of the pylon is cantilevered relative to the floating platform. It will be noted that the dimensions shown here for the floating platform are not necessarily representative, and may vary according to the embodiments.
Dans ce mode de réalisation, la partie principale 22 du pylône peut être positionnée en amont du plan P2 contenant les axes de rotation A et A' des turbines du fait de la rotation libre. En fonctionnement, lorsque le vent souffle, l’ensemble s’oriente naturellement face au vent. Cet agencement permet d'obtenir à la fois un auto-alignement des turbines 30 ou du plan P2 face au vent grâce à l'axe de rotation libre N, ainsi qu'un couple de rappel gravitaire (moment « piqueur ») permettant une baisse du moment de tangage transmis à l'éolienne flottante grâce au dispositif d'asservissement 50 agissement autour de l'axe de pivotement M. En référence à la figure 6b, il est illustré le pivotement de la partie de raccordement 21 autour de l'axe de pivotement M du pylône. Le dispositif d'asservissement en commande active en lacet agit sur l'axe de pivotement M de manière à placer la partie de raccordement 21, depuis une première position dans laquelle un plan Pla (le plan PI avant réglage) n'est pas parallèle à la direction du vent, voir figure 6b, jusqu'à une deuxième position dans laquelle le plan PI est parallèle à la direction du vent, voir figure 6a.In this embodiment, the main part 22 of the pylon can be positioned upstream of the plane P2 containing the axes of rotation A and A ′ of the turbines due to the free rotation. In operation, when the wind is blowing, the unit is naturally oriented towards the wind. This arrangement makes it possible to obtain both a self-alignment of the turbines 30 or of the plane P2 facing the wind by virtue of the free axis of rotation N, as well as a gravity return torque ("picking" moment) allowing a drop of the moment of pitch transmitted to the floating wind turbine thanks to the servo-control device 50 acting around the pivot axis M. With reference to FIG. 6b, the pivoting of the connection part 21 is illustrated around the axis pivot point M of the pylon. The active yaw control device acts on the pivot axis M so as to place the connection part 21, from a first position in which a plane Pla (the plane PI before adjustment) is not parallel to wind direction, see Figure 6b, to a second position in which the PI plane is parallel to the wind direction, see Figure 6a.
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007045851A1 (en) * | 2005-10-18 | 2007-04-26 | Jonathan Andrew Law | A wind turbine |
| WO2013175124A1 (en) * | 2012-05-22 | 2013-11-28 | Centre National De La Recherche Scientifique | Floating wind turbine having a vertical axle, with improved flotation stability |
| US20150192107A1 (en) * | 2014-03-21 | 2015-07-09 | Sequestrapower, Ltd | Constant Power, Helical Transverse-Axis Wind Turbine with Automated Variable Pitch, Variable Radius and Torque Control |
| WO2017003355A1 (en) * | 2015-07-02 | 2017-01-05 | Seatwirl Ab | Floating wind energy harvesting apparatus with replaceable energy converter |
| WO2017153676A1 (en) * | 2016-03-08 | 2017-09-14 | Centre National De La Recherche Scientifique | Floating wind turbine having twin vertical axis turbines with improved efficiency |
-
2018
- 2018-04-18 FR FR1853409A patent/FR3080412B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2019
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007045851A1 (en) * | 2005-10-18 | 2007-04-26 | Jonathan Andrew Law | A wind turbine |
| WO2013175124A1 (en) * | 2012-05-22 | 2013-11-28 | Centre National De La Recherche Scientifique | Floating wind turbine having a vertical axle, with improved flotation stability |
| US20150192107A1 (en) * | 2014-03-21 | 2015-07-09 | Sequestrapower, Ltd | Constant Power, Helical Transverse-Axis Wind Turbine with Automated Variable Pitch, Variable Radius and Torque Control |
| WO2017003355A1 (en) * | 2015-07-02 | 2017-01-05 | Seatwirl Ab | Floating wind energy harvesting apparatus with replaceable energy converter |
| WO2017153676A1 (en) * | 2016-03-08 | 2017-09-14 | Centre National De La Recherche Scientifique | Floating wind turbine having twin vertical axis turbines with improved efficiency |
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