FR3143539A1 - Plateforme éolienne flottante, et procédé associé de commande de l’inclinaison 5 d’une éolienne - Google Patents
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Abstract
Plateforme éolienne flottante , et procédé associé de commande de l’inclinaison d’un e éolienne Cette plateforme comprend : - un flotteur (16) destiné à flotter sur une étendue d’eau (12) ; - un ensemble d’ancrage du flotteur (16) sur le fond de l’étendue d’eau (12) ; - une éolienne (20) montée sur le flotteur (16), l’éolienne (20) comprenant un mât (52), une nacelle montée à une extrémité supérieure du mât (52) et un rotor monté rotatif par rapport à la nacelle. Le mât (52) est monté pivotant autour d’au moins un axe horizontal sur le flotteur (16). La plateforme (14) comprend un système (21) de commande de l’inclinaison du mât (52) par rapport au flotteur (16), interposé entre le flotteur (16) et le mât (52). Figure pour l'abrégé : Figure 2
Description
La présente invention concerne une plateforme éolienne flottante, comprenant :
- un flotteur destiné à flotter sur une étendue d’eau ;
- un ensemble d’ancrage du flotteur sur le fond de l’étendue d’eau comprenant une pluralité de lignes d’ancrage destinées à raccorder le flotteur au fond de l’étendue d’eau ;
- une éolienne montée sur le flotteur, l’éolienne comprenant un mât, une nacelle montée à une extrémité supérieure du mât et un rotor monté rotatif par rapport à la nacelle.
La grande majorité des ressources éoliennes en mer se trouvent dans des eaux d'une profondeur supérieure à 60 m, où la fixation de fond conventionnelle n'est pas économiquement ou pratiquement réalisable. Pour exploiter ce potentiel, des plateformes éoliennes flottantes sont utilisées.
Dans de telles plateformes, le mât de l'éolienne est porté par une base flottante qui est ancrée par des lignes d'ancrage au fond de l’étendue d'eau.
Actuellement, un certain nombre de concepts de plates-formes d'éoliennes flottantes en mer sont en cours de développement.
Ils se répartissent généralement en trois grandes catégories : les plateformes de type bouchon flottant ou « SPAR » (pour « single point anchor reservoir »), les plateformes à ancrage tendu ou « TLP » (pour « tension leg platform ») et les systèmes semi-submersibles / hybrides.
Les SPAR sont des structures allongées qui sont lestées d'un poids important à la base de la structure et qui sont équipées de réservoirs flottants près de la ligne de flottaison. Pour des raisons de stabilité, le centre de gravité est plus bas que le centre de flottabilité. Ceci permet à la plateforme SPAR de flotter à la verticale. La plateforme est amarrée au fond de la mer par un certain nombre de lignes qui le maintiennent en place. En général, les plateformes SPAR ont une meilleure performance de stabilité que les plateformes semi-submersibles en raison du profond tirant d'eau de la plateforme et de la réponse réduite aux forces verticales d'excitation des vagues.
Les plateformes TLP ont des câbles ou des tuyaux d'acier tendus verticalement qui relient le flotteur directement au fond de la mer. Il n'est pas nécessaire d'avoir un centre de gravité bas pour assurer la stabilité, sauf pendant la phase d'installation, où des modules de flottabilité peuvent être temporairement ajoutés pour assurer une stabilité suffisante. Les plateformes TLP sont relativement peu sensibles à la houle et aux vagues.
Les plateformes semi-submersibles à faible tirant d'eau et à bonne stabilité dans des conditions opérationnelles et de transit sont nettement moins coûteuses à remorquer, à installer et à mettre en service/déclasser que les plateformes SPAR en raison de leur faible tirant d'eau, et que les plateformes TLP, en raison de la faible stabilité de ces plateformes avant la connexion des tendons.
Un exemple de plateforme éolienne flottante offshore semi-submersible comprend au moins trois colonnes flottantes reliées par des pontons.
Ce type de plateforme est relativement sensible aux vents et aux conditions de mer qui peuvent affecter leur inclinaison par rapport à l’horizontale. Dans ce cas, le mât s’incline également, ce qui peut conduire à une baisse d’efficacité de la production d’électricité, voire à des arrêts de production.
Ceci est d’autant plus le cas que les plateformes éoliennes flottantes voient leur puissance installée augmenter d’année en année, avec des puissances installées de 8 MW, 12 MW, 15 MW voire désormais 20 MW. Ceci augmente la hauteur des mâts (plus de 100 m).
Pour améliorer les performances de la plateforme éolienne, il est connu de la munir d’un système de ballast actif qui déplace du ballast liquide entre les colonnes. Ainsi, le mât reste aligné verticalement grâce à un capteur d'alignement qui peut être couplé à la plateforme pour déterminer la vitesse et la direction du vent.
Un exemple de système de ballast actif sur une plateforme éolienne flottante est décrit dans EP2727813 ou dans EP2271547.
Un tel système est efficace pour rétablir l’inclinaison de la plateforme. Il présente cependant le désavantage d’être coûteux à installer et fastidieux à maintenir.
Un but de l’invention est d’offrir une plateforme éolienne flottante qui garantisse des performances optimales de l’éolienne, tout en étant peu coûteuse et simple à maintenir.
À cet effet, l’invention a pour objet une plateforme éolienne flottante du type précité, caractérisée en ce que le mât est monté pivotant autour d’au moins un axe horizontal sur le flotteur, la plateforme comprenant un système de commande de l’inclinaison du mât par rapport au flotteur, interposé entre le flotteur et le mât.
La plateforme selon l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
- le mât est monté pivotant autour d’au moins deux axes horizontaux sur le flotteur, le système de commande de l’inclinaison étant propre à commander l’inclinaison du mât par rapport au flotteur autour des au moins deux axes horizontaux ;
- la plateforme comprend une liaison rotule interposée entre une extrémité inférieure du mât et le flotteur, la liaison rotule comprenant optionnellement un élément d’élastomère lamifié sphérique, tronconique ou plat ;
- le système de commande de l’inclinaison comprend une pluralité de vérins interposés entre le mât et le flotteur, les vérins étant propres à agir sur le mât sur des secteurs angulaires distincts autour de l’axe du mât, le système de commande de l’inclinaison comprenant une centrale de commande de déploiement sélectif des vérins entre une configuration rétractée et une configuration déployée ;
- les vérins sont des vérins hydrauliques, la centrale de commande étant une centrale hydraulique de commande individuelle de chaque vérin par un fluide hydraulique, comprenant au moins une pompe et des vannes pilotées ;
- chaque vérin comprend une vessie déformable, la centrale de commande étant configurée pour commander individuellement le volume de fluide hydraulique présent dans chaque vessie déformable ;
- le système de commande de l’inclinaison comporte au moins un anneau de vérins d’axe central confondu avec l’axe du mât, l’anneau de vérins étant disposé entre une surface périphérique extérieure du mât et une surface périphérique intérieure du flotteur située en regard de la surface périphérique extérieure du mât ;
- le système de commande de l’inclinaison comporte au moins un anneau de distribution individuelle de fluide hydraulique vers chaque vérin du ou de chaque anneau de vérins ;
- le système de commande de l’inclinaison comporte une pluralité d’anneaux de vérins superposés l’un sur l’autre et/ou concentriques ;
- le flotteur comprend une surface supérieure et un puits débouchant dans la surface supérieure, le puits recevant une région inférieure du mât jusqu’à son extrémité inférieure ;
- la pluralité de vérins est disposée dans le puits ou/et sur la surface supérieure ;
- la centrale de commande est disposée au moins en partie dans le mât ;
- le système de commande de l’inclinaison comporte un capteur de mesure de l’inclinaison du mât par rapport à un axe vertical, et/ou au moins un capteur de mesure de la direction et/ou de l’intensité du vent, le système de commande de l’inclinaison étant propre à commander l’inclinaison du mât par rapport au flotteur en utilisant les mesures du ou de chaque capteur de mesure.
L’invention a aussi pour objet un procédé de commande de l’inclinaison d’une éolienne, comprenant les étapes suivantes :
- fourniture d’une plateforme telle que définie plus haut, le flotteur portant l’éolienne ;
- en réponse à un changement de l’inclinaison du mât de l’éolienne, commande de l’inclinaison du mât par rapport au flotteur par le système de commande de l’inclinaison.
Le procédé selon l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
- lors de l’inclinaison du flotteur par rapport à l’horizontale, l’inclinaison du mât est commandée par le système de commande de l’inclinaison pour maintenir le mât vertical.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la est une vue de face d’un exemple de plateforme éolienne flottante selon l’invention ;
- la est une vue schématique en coupe d’un détail de la plateforme éolienne flottante de la , illustrant le mât inclinable de l’éolienne et le système de commande de l’inclinaison du mât ;
- la est une vue schématique de dessus de plusieurs anneaux concentriques de vérins hydrauliques du système de commande de l’inclinaison du mât ;
- la est une vue de côté de la plateforme de la , lors de conditions de vent inclinant le flotteur de la plateforme dans une première direction ;
- la figure est une vue de côté de la plateforme de la , lors de conditions de vent inclinant le flotteur de la plateforme dans une deuxième direction différente de la première direction.
Une première plateforme éolienne flottante 14 selon l’invention est représentée sur les figures 1 à 5. La plateforme éolienne flottante 14 est par exemple située dans un parc éolien offshore à la surface de l'étendue d'eau 12.
L’étendue d'eau 12 à proximité de la plateforme éolienne flottante 14 présente une profondeur supérieure à 50 mètres, et généralement comprise entre 60 m et 1000 m.
L'étendue d'eau 12 est par exemple un océan, une mer, un lac, et/ou une rivière.
En référence à la , la plateforme éolienne flottante 14 comporte un flotteur 16 par exemple à colonnes, ou de type barge, avec ou sans trou central, un ensemble d'ancrage 17 ancrant le flotteur 16 au fond 18 de l'étendue d'eau 12 et une éolienne 20 portée par le flotteur 16.
Selon l’invention, la plateforme éolienne flottante 14 comporte un ensemble 19 d’articulation d’un mât 52 de l’éolienne 20 sur le flotteur 16, propre à permettre le pivotement du mât 52 suivant au moins deux axes horizontaux par rapport au flotteur 16 et un système 21 de commande dynamique de l’inclinaison du mât 52 de l’éolienne 20 par rapport au flotteur 16.
Dans l’exemple représenté sur les figures, le flotteur 16 est une plateforme semi-submersible. Elle comprend dans cet exemple au moins trois colonnes flottantes 22, des éléments structurels 24 reliant les colonnes flottantes 22, et éventuellement, un pont 28. En variante, comme indiqué plus haut, le flotteur 16 est formée d’une barge prismatique, avec ou sans trou central
Dans l’exemple particulier représenté sur les figures, les éléments structurels 24 comprennent ici des pontons inférieurs 26A, reliant chaque paire de colonnes flottantes adjacentes 22 au bas des colonnes flottantes 22, des pontons supérieurs 26B reliant chaque paire de colonnes flottantes adjacentes 22 au haut des colonnes flottantes 22. En variante (non représentée), des pontons inférieurs ou/et supérieurs relient radialement chaque colonne à un point central de la fondation 16 ou/et à une colonne flottante centrale.
Les colonnes flottantes 22 s'étendent verticalement. Elles présentent intérieurement un volume de flottabilité au moins partiellement rempli de gaz, fournissant une flottabilité au flotteur 16. La flottabilité est adaptée de telle sorte que le flotteur 16 est partiellement immergé dans l'étendue d'eau 12.
Comme visible sur la , le pont 28 définit une surface supérieure 32 du flotteur 16. Le flotteur 16 définit un puits 34 vertical débouchant vers le haut dans la surface supérieure 32, pour recevoir une région inférieure 66 du mât 52 de l’éolienne 20 incluant son extrémité inférieure 68 et pour recevoir également l’ensemble d’articulation 19.
Dans l’exemple représenté sur la , le puits vertical 34 s’étend verticalement dans une colonne 22 coaxialement à l’axe de la colonne 22.
Il s’étend par exemple sur une hauteur supérieure à 50% de la hauteur de la colonne 22, prise le long de l’axe de la colonne 22.
Comme visible sur la , le fond du puits 34 s’étend de préférence au-dessus du raccordement entre le ponton inférieur 26A et la colonne 22.
En référence à la , l'ensemble d'ancrage 17 comprend une pluralité de lignes d'ancrage 30 reliant chaque colonne 22 au fond 18 de l'étendue d'eau 12. Dans l'exemple de la , chaque colonne flottante 22 est reliée à au moins une ligne d'ancrage 30, préférentiellement, entre deux et quatre lignes d'ancrage 30.
La plateforme éolienne 14 est ainsi maintenue en position horizontale dans l'étendue d'eau 12.
L'éolienne 20 comprend classiquement un mât 52 présentant un axe longitudinal de mât, une nacelle 54 montée rotative au sommet du mât 52, et un rotor 56, monté rotatif par rapport à la nacelle 54 préférentiellement autour d'un axe sensiblement horizontal.
Le rotor 56 comprend un moyeu central 58 et des pales 60 faisant saillie radialement à partir du moyeu central 58, les pales 60 étant fixées de manière démontable sur le moyeu 58.
Le mât 52 est fixé dans cet exemple dans une colonne flottante 22, coaxialement à l'axe d’une des colonnes flottantes 22.
En référence à la , l’ensemble d’articulation 19 comporte de préférence une liaison rotule 70 entre l’extrémité inférieure 68 du mât 52 et le flotteur 16. En particulier, la liaison rotule 70 est interposée entre l’extrémité inférieure 68 du mât 52 et le fond du puits 34.
Par exemple, la liaison rotule 70 est formée d’un joint flexible.
Un joint flexible comporte par exemple un siège fixe 72, solidaire du fond du puits 34, et un appui tronconique flexible 74 raccordant le siège fixe 72 à l’extrémité inférieure 68.
L’appui tronconique 74 comporte généralement un lamifié de couches de caoutchouc alternées avec des armatures rigides.
La liaison rotule 70 autorise un pivotement de l’axe longitudinal du mât 52 autour d’au moins deux axes de rotation perpendiculaires horizontaux passant par l’extrémité inférieure 68 du mât 52. Dans cet exemple, la liaison rotule autorise un pivotement de l’axe longitudinal du mât 52 autour de tout axe de rotation horizontal passant par l’extrémité inférieure 68 du mât 52.
Le débattement angulaire maximal de l’axe longitudinal du mât 52 par rapport à un axe vertical est par exemple compris entre - 10° et + 10° autour de chaque axe de rotation horizontal ou plus généralement est choisi pour compenser toute autre valeur d’inclinaison possible du flotteur 16.
Le système de commande de l’inclinaison 21 comporte une pluralité de vérins 80, interposés entre le flotteur 16 et le mât 52, les vérins 80 étant ici des vérins hydrauliques. Il comporte également une centrale de commande hydraulique 82, destinée à alimenter sélectivement chacun des vérins 80, et un distributeur fluidique raccordant chaque vérin 80 à la centrale de commande 82.
Le système de commande de l’inclinaison 21 comporte en outre avantageusement au moins un capteur de mesure 86A, 86B, en particulier un capteur de mesure 86A d’inclinaison du mât 52 par rapport à un axe vertical et/ou un capteur de mesure 86B de direction et/ou d’intensité du vent. Le ou les capteurs 86A, 86B sont raccordés à la centrale de commande 82 qui reçoit les mesures représentatives de l’inclinaison du mât 52, et/ou de l’intensité et de la direction du vent.
Les vérins 80 sont interposés entre le mât 52 et le flotteur 16, de préférence entre la surface périphérique extérieure 90 du mât 52, et une surface périphérique intérieure 92 du flotteur 16 située autour et en regard de la surface périphérique extérieure 90 du mât 52.
Dans l’exemple représenté sur la , la surface périphérique extérieure 92 est située à l’entrée du puits 34, ou dans le puits 34 ou encore au-dessus du puits 34. Elle s’étend de manière périphérique autour de l’axe vertical du puits 34.
Dans cet exemple, en référence à la , la pluralité de vérins 80 comprend au moins un premier anneau 94A de vérins formé d’une pluralité de vérins 80 s’étendant radialement autour de l’axe longitudinal du mât 52, chaque vérin 80 de l’anneau 94A étant propre à agir sur un secteur angulaire distinct autour de l’axe longitudinal du mât 52.
De préférence, comme illustré sur la en vue de dessus, la pluralité de vérins 80 comporte une pluralité d’anneaux concentriques 94A, 94B de vérins 80 situés à une même hauteur le long de l’axe du mât 52.
Dans cet exemple, les vérins 80 de l’anneau 94A le plus à l’extérieur sont disposés d’un côté au contact de la surface périphérique intérieure 92 du flotteur 16, et d’un autre côté, au contact d’un anneau 94B de vérins 80 intérieur. Les vérins de l’anneau 94B le plus à intérieur sont disposés d’un côté au contact d’un anneau extérieur 94A de vérins 80, et d’un autre côté, au contact de la surface périphérique extérieure 90 du mât 52.
Dans l’exemple de la , deux anneaux concentriques 94A, 94B de vérins 80 ont été représentés. Le nombre d’anneaux 94A, 94B est compris plus généralement entre 1 et 10, par exemple entre 5 et 9.
Les anneaux 94A 94B, lorsqu’ils sont présents, permettent de mettre en série radialement les vérins 80
Comme illustré sur la , la pluralité de vérins 80 comporte également une pluralité d’anneaux 94A, 94C superposés pour former des étages d’anneaux 94A, 94C de vérins 80. Dans cet exemple, le nombre d’étages d’anneaux 94A, 94C de vérins 80 est compris entre 1 et 10, de préférence entre 2 et 5.
En variante, l'inclinaison du mât 52 est contrôlée par des vérins 80 hydrauliques avec une course suffisante pour couvrir tout la plage angulaire d’inclinaisons requises, il n’est pas nécessaire de prévoir plusieurs anneaux concentriques 94A, 94B de vérins 80. Dans ce cas, chaque vérin 80 du seul anneau extérieur 94A est fixé à la surface périphérique intérieure 92, correspondant à l’interface mécanique avec la structure de la colonne du flotteur 16.
Dans l’exemple représenté notamment sur la , chaque vérin 80 est formé d’une vessie 96 configurée pour être remplie de fluide, afin de passer dans une configuration gonflée de déploiement du vérin 80, et configurée à être dégonflée par évacuation du fluide qu’elle contient, afin de passer dans une configuration dégonflée de rétraction du vérin 80.
La vessie 96 comporte par exemple deux parois d’appui 98A, 98B radialement opposées, et une paroi périphérique 100 raccordant les parois d’appui 98A, 98B.
La vessie 96 est par exemple formée d’un élastomère déformable tel que du caoutchouc. Elle présente une entrée d’amenée de fluide, et/ou une sortie d’évacuation de fluide (non représentées) pour permettre son gonflage et/ou son dégonflage par du fluide hydraulique provenant de la centrale de commande 82.
Dans la configuration dégonflée, les parois d’appui 98A, 98B se sont rapprochées l’une de l’autre, la paroi périphérique 100 étant comprimée. Dans la configuration gonflée, les parois d’appui 98A, 98B se sont éloignées l’une de l’autre, la paroi périphérique 100 étant déployée.
La centrale de commande 82 comporte un réservoir de fluide 102, au moins une pompe (non représentée) de pressurisation du fluide et des conduits 104 de distribution de fluide raccordant individuellement le réservoir 102 au distributeur fluidique connecté aux vérins 80. Elle comporte en outre des électrovannes (non représentées) pour piloter individuellement la fourniture de fluide à chaque vérin 80 et une unité de commande 106 des électrovannes et de la pompe, pour régler la configuration des vérins 80 et donc l’inclinaison du mât 52 en fonction des mesures reçues par les capteurs 86A, 86B.
Le distributeur fluidique comporte de préférence au moins un anneau de distribution 108, raccordé aux conduits 104, pour distribuer le fluide individuellement à chaque vérin 80 présent dans un anneau 94A à 94C. L’anneau de distribution 108 est par exemple interposé entre deux anneaux concentriques 94A, 94B de vérins 80, ou/et entre un anneau de vérin 94A, 94B et l’une de la surface périphérique extérieure 90 ou/et de la surface périphérique intérieure 92.
L’unité de commande 106 comporte par exemple un processeur et une mémoire contenant des modules logiciels propres à être exécutés pour réaliser des fonctions. En variante, l’unité de commande 106 comporte des composants logiques programmables ou des circuits intégrés dédiés destinés à réaliser des fonctions.
Dans l’exemple représenté, l’unité de commande 106 est configurée pour commander sélectivement les vérins 80 dans chaque secteur angulaire donné, pour les faire passer dans une configuration rétractée et à commander sélectivement les vérins 80 dans un secteur angulaire opposé, pour les faire passer dans une configuration déployée.
Ainsi, le mât 52 est propre à s’incliner vers les vérins 80 dans leur configuration contractée, en réponse à la poussée fournie par les vérins 80 dans leur configuration déployée.
Cette commande est calculée par l’unité de commande 106, en fonction des mesures reçues des capteurs de mesure 86A, 86B qui déterminent l’inclinaison du mât 52 par rapport à un axe vertical.
En fonctionnement, lorsque le vent souffle dans une première direction D1, avec une intensité I1, il est susceptible de provoquer l’inclinaison par rapport à l’horizontale de la surface supérieure 32 du flotteur 16, suivant un premier angle α, comme représenté sur la .
Le capteur de mesure 86A d’inclinaison du mât 52 et/ou le capteur de direction et d’intensité du vent 86B transmettent leurs mesures à l’unité de commande 106. L’unité de commande 106 détermine alors l’inclinaison du mât 52 par rapport à un axe vertical à partir des mesures reçues et calcule une correction de l’inclinaison du mât 52 devant être effectuée pour compenser tout ou partie de l’inclinaison α du flotteur 16 par rapport à l’horizontale.
L’unité de commande 104 détermine en particulier dans quel secteur angulaire autour de l’axe longitudinal du mât 52 doit être pivoté le mât 52, et quel angle d’inclinaison du mât 52 par rapport au flotteur 16 doit être appliqué, cet angle pouvant correspondre par exemple à l’angle α d’inclinaison du flotteur 16 par rapport à l’horizontale. Il peut être choisi de compenser tout ou partie de l’inclinaison du flotteur 16 par rapport à l’horizontale.
Dans ce cas, les vérins 80 situés dans le secteur angulaire déterminé par l’unité de commande 104, dans la direction opposée à la direction D1 du vent sont passés dans leur configuration rétractée, pour rapprocher leurs surfaces d’appui 98A, 98B. Inversement, les vérins 80 dans le secteur angulaire opposé au secteur angulaire déterminé par l’unité de commande 104, situés dans la même direction D1 que le vent, sont passés dans leur configuration déployée pour pousser le mât 52 à l’encontre du vent en éloignant les surfaces d’appui 98A, 98B l’une de l’autre.
Ainsi, l’inclinaison du mât 52 par rapport au flotteur 16 est modifiée, par pivotement du mât 52 sur la liaison rotule 70, pour que l’axe longitudinal du mât 52 soit maintenu sensiblement vertical.
Si la direction D2 et/ou l’intensité I2 du vent changent, comme représenté sur la , les capteurs de mesure 86A, 86B produisent des mesures représentatives de ces changements et l’unité de commande 106 ajuste l’inclinaison du mât 52 de manière dynamique.
Ainsi, lorsque le vent change de direction D2 et/ou d’intensité I2, un nouvel angle d’inclinaison β de la surface supérieure 32 du flotteur 16 et/ou une nouvelle direction d’inclinaison est alors mesurée. Comme illustré sur la , l’unité de commande 106 compense alors l’inclinaison du mât 52 pour disposer à nouveau l’axe du mât 52 sensiblement vertical, en utilisant les mesures reçues des capteurs de mesure 86A, 86B.
Le système de commande 21 de l’inclinaison du mât 52 permet donc, d’une manière simple et robuste, de compenser dynamiquement les différences d’inclinaison qui se produisent sur le flotteur 16 d’une plateforme éolienne flottante 14, sans avoir à disposer d’un système de ballast qui peut être couteux, encombrant, et difficile à maintenir.
Ceci est particulièrement le cas lorsque les vérins 80 sont des vérins hydrauliques, en particulier constitués de vessies 88 qui peuvent être facilement gonflées ou dégonflées dans le secteur angulaire d’intérêt autour de l’axe longitudinal du mât 52.
Ainsi, il est très simple d’ajuster la direction d’inclinaison du mât 52, et son angle d’inclinaison, pour s’adapter à des configurations de direction et d’intensité de vent très différente. En maintenant dès que possible l’axe du mât 52 suivant l’inclinaison la plus adéquate, le rendement de l’éolienne 20 peut être amélioré même si les conditions météorologiques changent.
Dans le cas où le mât 52 est implanté dans une colonne 22 qui participe à la flottabilité, le volume intérieur de la colonne 22 dans lequel est disposé le mât 52 doit comprendre une quantité minimale de gaz pour assurer la flottabilité.
Dans ce cas, une première solution est d’équiper les anneaux 94A à 94C d’un système de ponts annulaires superposés pour évacuer un maximum d'eau vers l'extérieur.
En variante ou en complément, le volume intérieur de la colonne 22 est délimité par des surfaces coniques pour minimiser le volume susceptible d’être envahi par de l'eau (notamment de l’eau de mer ou de l’eau de pluie).
En outre, un système de pompe de fond est avantageusement prévu pour vider l'eau qui pourrait s'accumuler dans le puits 34 recevant le mât 52.
Dans les exemples décrits plus haut, le mât 52 et l’ensemble 19 d’articulation du mât sur le flotteur 16 sont logés dans un volume d’air présent au sein de la colonne 22.
En variante, le mât 52 et l’ensemble 19 d’articulation du mât sur le flotteur 16 sont immergés. Ils sont par exemple disposés au milieu d'un flotteur 16 d’une plateforme semi-submersible, au centre du flotteur 16 d’une plateforme SPAR, ou encore dans un puits central (« moon-pool » en anglais) d’un flotteur 16 éventuellement prismatique.
Claims (15)
- Plateforme (14) éolienne flottante, comprenant :
- un flotteur (16) destiné à flotter sur une étendue d’eau (12) ;
- un ensemble (17) d’ancrage du flotteur (16) sur le fond de l’étendue d’eau (12) comprenant une pluralité de lignes d’ancrage (30) destinées à raccorder le flotteur (16) au fond de l’étendue d’eau (12) ;
- une éolienne (20) montée sur le flotteur (16), l’éolienne (20) comprenant un mât (52), une nacelle (54) montée à une extrémité supérieure du mât (52) et un rotor (56) monté rotatif par rapport à la nacelle (54) ;
caractérisée en ce que le mât (52) est monté pivotant autour d’au moins un axe horizontal sur le flotteur (16), la plateforme (14) comprenant un système (21) de commande de l’inclinaison du mât (52) par rapport au flotteur (16), interposé entre le flotteur (16) et le mât (52). - Plateforme (14) selon la revendication 1, dans laquelle le mât (52) est monté pivotant autour d’au moins deux axes horizontaux sur le flotteur (16), le système de commande de l’inclinaison (21) étant propre à commander l’inclinaison du mât (52) par rapport au flotteur (16) autour des au moins deux axes horizontaux.
- Plateforme (14) selon la revendication 2, comprenant une liaison rotule (70) interposée entre une extrémité inférieure (68) du mât (52) et le flotteur (16), la liaison rotule (70) comprenant optionnellement un élément d’élastomère lamifié sphérique, tronconique ou plat.
- Plateforme (14) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le système de commande de l’inclinaison (21) comprend une pluralité de vérins (80) interposés entre le mât (52) et le flotteur (16), les vérins (80) étant propres à agir sur le mât (52) sur des secteurs angulaires distincts autour de l’axe du mât (52), le système de commande de l’inclinaison (21) comprenant une centrale de commande (82) de déploiement sélectif des vérins (80) entre une configuration rétractée et une configuration déployée.
- Plateforme (14) selon la revendication 4, dans laquelle les vérins (80) sont des vérins hydrauliques, la centrale de commande (82) étant une centrale hydraulique de commande individuelle de chaque vérin (80) par un fluide hydraulique, comprenant au moins une pompe et des vannes pilotées.
- Plateforme (14) selon la revendication 5, dans laquelle chaque vérin (80) comprend une vessie (88) déformable, la centrale de commande (82) étant configurée pour commander individuellement le volume de fluide hydraulique présent dans chaque vessie déformable (88).
- Plateforme (14) selon l’une quelconque des revendications 5 à 6, dans laquelle le système de commande de l’inclinaison (21) comporte au moins un anneau (94A à 94C) de vérins (80) d’axe central confondu avec l’axe du mât (52), l’anneau (94A à 94C) de vérins (80) étant disposé entre une surface périphérique extérieure (90) du mât (52) et une surface périphérique intérieure (92) du flotteur (16) située en regard de la surface périphérique extérieure (90) du mât (52).
- Plateforme (14) selon la revendication 7, dans laquelle le système de commande de l’inclinaison (21) comporte au moins un anneau (108) de distribution individuelle de fluide hydraulique vers chaque vérin (80) du ou de chaque anneau (94A à 94C) de vérins (80).
- Plateforme (14) selon l’une des revendications 7 ou 8, dans laquelle le système de commande de l’inclinaison (21) comporte une pluralité d’anneaux (94A à 94C) de vérins (80) superposés l’un sur l’autre et/ou concentriques.
- Plateforme (14) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le flotteur (16) comprend une surface supérieure (32) et un puits (34) débouchant dans la surface supérieure (32), le puits (34) recevant une région inférieure (66) du mât (52) jusqu’à son extrémité inférieure (68).
- Plateforme (14) selon la revendication 10, prise en combinaison avec l’une des revendication 5 à 9, dans laquelle la pluralité de vérins (80) est disposée dans le puits (34) ou/et sur la surface supérieure (32).
- Plateforme (14) selon la revendication 11, dans laquelle la centrale de commande (82) est disposée au moins en partie dans le mât (52).
- Plateforme (14) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le système de commande de l’inclinaison (21) comporte un capteur de mesure (86A) de l’inclinaison du mât (52) par rapport à un axe vertical, et/ou au moins un capteur de mesure (86B) de la direction et/ou de l’intensité du vent, le système de commande de l’inclinaison (21) étant propre à commander l’inclinaison du mât (52) par rapport au flotteur (16) en utilisant les mesures du ou de chaque capteur de mesure (86A, 86B).
- Procédé de commande de l’inclinaison d’une éolienne (20), comprenant les étapes suivantes :
- fourniture d’une plateforme (14) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le flotteur (16) portant l’éolienne (20) ;
- en réponse à un changement de l’inclinaison du mât (52) de l’éolienne (20), commande de l’inclinaison du mât (52) par rapport au flotteur (16) par le système de commande de l’inclinaison (21). - Procédé selon la revendication 14, dans lequel lors de l’inclinaison du flotteur (16) par rapport à l’horizontale, l’inclinaison du mât (52) est commandée par le système de commande de l’inclinaison (21) pour maintenir le mât (52) vertical.
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