WO2011095729A2 - Eolienne montee sur un massif d'ancrage - Google Patents

Eolienne montee sur un massif d'ancrage Download PDF

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WO2011095729A2
WO2011095729A2 PCT/FR2011/050162 FR2011050162W WO2011095729A2 WO 2011095729 A2 WO2011095729 A2 WO 2011095729A2 FR 2011050162 W FR2011050162 W FR 2011050162W WO 2011095729 A2 WO2011095729 A2 WO 2011095729A2
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Richard Lavaur
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Alizeo
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    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/22—Foundations specially adapted for wind motors
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/42—Foundations for poles, masts or chimneys
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Definitions

  • Wind turbine mounted on a massive anchor Wind turbine mounted on a massive anchor.
  • the present invention relates to wind turbines mounted on an anchor.
  • the invention relates to a wind turbine comprising:
  • a mast extending between a lower end and an upper end over a height h greater than 20 m
  • an anchor mass which is fixed to the ground and on which the mast is fixed, the anchor mass being cast in a ground excavation so as to be flush with the ground surface;
  • this nacelle carried by the upper end of the mast, this nacelle comprising a rotor carrying a helix.
  • WO-A-2009/152869 discloses a wind turbine of this type.
  • the anchoring masses of wind turbines of this type are generally reinforced concrete blocks poured into deep wells, for example of the order of 15 m, to be able to brace the wind turbine.
  • these beds are not only high cost, but are also very difficult and difficult and expensive to dismantle at the end of life of the wind turbine.
  • the present invention is intended to overcome these disadvantages.
  • a wind turbine of the type in question is characterized in that the anchor is a slab of reinforced concrete extending substantially horizontally and having a mass greater than 300 tons, horizontal dimensions greater than h / 10 in two horizontal directions perpendicular to each other and a thickness of between 1.5 and 2.5 m. Thanks to these provisions, the anchor mass is a surface work, easier and less expensive to build and dismantle, while ensuring effective bracing of the wind turbine and while remaining a buried mass, so in particular well integrated into the environment of the wind turbine construction site.
  • the horizontal dimensions of the anchor mass are greater than h / 5 along said two horizontal directions;
  • the thickness of the anchor mass is less than
  • the wind turbine further comprises a metal support frame which is fixed on the anchor and on which is mounted the mast, said frame having horizontal dimensions greater than h / 10 according to said two horizontal directions;
  • the mast is connected to the frame by a hinge disposed at an intermediate position between the lower and upper ends of the mast, the mast having a lower portion, located between the hinge and the lower end, which counterbalance vis-à-vis of the nacelle and an upper part of the mast located between the articulation and the nacelle, the wind turbine further comprising at least one actuator connecting the frame to the mast and adapted to control a pivoting of said mast around the articulation between a raised position and a folded position;
  • said actuator comprises a hydraulic cylinder extending substantially horizontally and connected to the lower end of the mast;
  • the mast is pivotally mounted on two lateral flanges by said hinge, said lateral flanges being fixed to the frame and extending vertically above said frame, each of said side plates being further braced by a strut which connects said lateral flange to the frame and which extends in the first direction away from the hydraulic cylinder from said flange.
  • FIG. 1 is a schematic view in partial vertical section of a wind turbine according to one embodiment of the invention, with its mast in the raised position,
  • FIG. 2 is a perspective view of the anchoring mass of the wind turbine of FIG. 1, and
  • FIG. 3 is a perspective view of the metal frame mounted on the anchor of Figure 2 to support the mast of the wind turbine.
  • the invention relates to a wind turbine comprising:
  • a support mast 1 extending along a longitudinal axis Z 0 between a lower end 1a and an upper end 1b, said longitudinal axis Z 0 being parallel to the vertical axis of an orthogonal reference frame (X, Y, Z) in the operating position of the wind turbine,
  • a nacelle 2 pivotally mounted at the upper end of the support mast 1 around a vertical axis Z,
  • a rotor 3 rotatably mounted about a substantially horizontal axis of rotation R and carried by the nacelle 2, the rotor 3 carrying a propeller 4 with several blades 4a adapted to rotate the rotor in the presence of wind. driving an electric generator contained in the nacelle 2 or possibly disposed towards the lower end of the mast (as taught for example in the aforementioned WO-A-2009/152869).
  • the support mast is a member of the support mast
  • the support mast 1 can extend over a height of about 50 to 100 m and its metal structure can for example weigh from fifty tons to a hundred tons (apart from the counterweight mentioned below), while the nacelle 2 (Including rotor 3 and propeller 4), can weigh from 50 to 80 tons (20 to 60 tons without the electric generator is arranged at the lower end of the mast).
  • the support mast 1 may be a hollow mast section for example substantially circular or other, having a width which may be of the order of 3 to 4 m in its lower part.
  • the mast 1 is pivotally mounted about a hinge 5, for example a simple pivot, which allows a pivoting of the mat 1 about a horizontal axis Yo parallel to the Y direction.
  • the mat 1 can thus pivot in a vertical plane X, Z between the raised position shown in Figure 1 and a folded position (not shown), as taught in WO-A-2009/152869.
  • the hinge 5 can connect the mast 1 for example to two vertical side plates 6 which are fixed on a metal support frame 7, itself secured to an anchoring mass 8 of reinforced concrete, cast on the ground.
  • the pivoting of the mast 1 of the wind turbine around the hinge 5 is controlled by at least one actuator, for example a hydraulic jack VI extending substantially horizontally and connecting the frame 7 to the lower end of the mast.
  • This jack may for example include:
  • a cylinder 10 mounted journalling about a horizontal axis Yi parallel to the axis Yo, on a support 11 secured to the frame 7,
  • the lower end of the mast may further be provided with a counterweight 13, for example as described in the aforementioned WO-A-2009/152869.
  • the lower part of the mast 1 forms a drum 14 possibly weighted, which is laterally extended by a spout 15 whose free end is provided with a hinge 13a around which pivots the counterweight 13 around an axis of rotation Y 2 parallel to the axes Yo, Yi mentioned above.
  • the counterweight 13 may be pivotally controlled about the hinge 13a, by an additional hydraulic cylinder (not shown, but described in the aforementioned WO-A-2009/152869) which connects it to the barrel 14.
  • the rod 11 of the jack VI can be connected to said hinge 13a passing under the lower end of the mast.
  • each of said lateral flanges 6 extend vertically above the frame 7 and each of said lateral flanges is further braced by a strut 9 which connects said lateral flange to the frame 7 and which extends from said flange obliquely. downwards and in the horizontal direction X opposite the hydraulic jack VI.
  • the anchoring mass 8 is a reinforced concrete slab extending substantially horizontally and having a length L in the direction X and a width 1 in the direction Y and a vertical thickness e.
  • the length L and the width 1 are each greater than h / 10, advantageously greater than h / 5. These two dimensions may for example be between 12 and 20 m.
  • the thickness e is between 1.5 and 3 m, advantageously between 1.5 and 2.5 m, for example of the order of 2m.
  • the horizontal surface of the anchor mass 8 is for example between 100 and 300 m 2 .
  • the mass of the anchoring mass 7 is greater than 300 t, example between 300 t and 600 t.
  • the anchoring mass 8 is poured into a ground excavation so as to be flush with the ground surface.
  • the upper surface of the anchoring mass 8 may comprise support plates 16 which serve as supports for the frame 7, and which are traversed by studs 17 anchored in the anchoring mass 8. These studs 17 serve to fix the frame 7 by bolting.
  • the frame 7 may consist of an assembly of steel beams, comprising for example:
  • each of these front longitudinal members 21 further comprising, towards its front end, a support 23 for one of the struts 9,
  • Said lateral spars 24 form with the rear ends of the longitudinal spars 21 and the spacers 25, rectangular support structures which each support a lateral flange 6.
  • Said Support structures may advantageously crosslinked, for example each by means of at least one beam 26 forming a triangular structure with a lateral spar 24 and a spacer 25.
  • the frame may have a length L 'in the direction X and a width l' in the direction Y, and each of these dimensions may for example be greater than h / 10.

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Abstract

Eolienne comprenant un mât (1) s'étendant entre une extrémité inférieure (la) et une extrémité supérieure (1b) sur une certaine hauteur h supérieure à 20 m, un massif d'ancrage (7) qui est fixé au sol et sur lequel est fixé le mât (1), une nacelle (2) portée par l'extrémité supérieure du mât, cette nacelle comprenant un rotor (3) portant une hélice (4) et entraînant un générateur électrique (30). Le massif d'ancrage est une dalle de béton armé s 'étendant sensiblement horizontalement et présentant une masse supérieure à 300 tonnes, des dimensions horizontales supérieures à h/10 selon deux directions horizontales (X, Y) perpendiculaires entre elles et une épaisseur verticale (e) comprise entre 1,5 et 2,5 m.

Description

Eolienne montée sur un massif d'ancrage.
La présente invention est relative aux éoliennes montées sur un massif d'ancrage.
Plus particulièrement, l'invention concerne une éolienne comprenant :
- un mât s 'étendant entre une extrémité inférieure et une extrémité supérieure sur une certaine hauteur h supérieure à 20 m,
- un massif d'ancrage qui est fixé au sol et sur lequel est fixé le mât, le massif d'ancrage étant coulé dans une fouille au sol de façon à affleurer la surface du sol,
- une nacelle portée par l'extrémité supérieure du mât, cette nacelle comprenant un rotor portant une hélice.
Le document WO-A-2009/152869 décrit une éolienne de ce type.
Les massifs d'ancrage des éoliennes de ce type sont généralement des massifs de béton armé coulés dans des puits profonds, par exemple de l'ordre de 15 m, pour pouvoir assurer le contreventement de l' éolienne. Il en résulte que ces massifs sont non seulement d'un prix de revient élevé, mais en outre sont très difficiles et difficiles et coûteux à démanteler en fin de vie de 1 ' éolienne .
La présente invention a notamment pour but de pallier ces inconvénients.
A cet effet, selon l'invention, une éolienne du genre en question est caractérisée en ce que le massif d'ancrage est une dalle de béton armé s 'étendant sensiblement horizontalement et présentant une masse supérieure à 300 tonnes, des dimensions horizontales supérieures à h/10 selon deux directions horizontales perpendiculaires entre elles et une épaisseur comprise entre 1,5 et 2.5 m. Grâce à ces dispositions, le massif d'ancrage est un ouvrage de surface, plus facile et moins coûteux à réaliser et à démanteler, tout en assurant un contreventement efficace de l'éolienne et tout en restant un massif enfoui, donc notamment bien intégré dans l'environnement du site de construction de l'éolienne.
Dans divers modes de réalisation de l'éolienne selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
- les dimensions horizontales du massif d'ancrage sont supérieures à h/5 selon lesdites deux directions horizontales ;
- l'épaisseur du massif d'ancrage est inférieure à
2,5 m ;
- l'éolienne comporte en outre un châssis de support métallique qui est fixé sur le massif d'ancrage et sur lequel est monté le mât, ledit châssis présentant des dimensions horizontales supérieures à h/10 selon lesdites deux directions horizontales ;
- le mât est reliée au châssis par une articulation disposée en une position intermédiaire entre les extrémités inférieure et supérieure du mât, le mât comportant une partie inférieure, située entre l'articulation et l'extrémité inférieure, qui forme contrepoids vis-à-vis de la nacelle et d'une partie supérieure du mât située entre l'articulation et la nacelle, l'éolienne comprenant en outre au moins un actionneur reliant le châssis au mât et adapté pour commander un pivotement dudit mât autour de l'articulation entre une position relevée et une position rabattue ;
- ledit actionneur comprend un vérin hydraulique s 'étendant sensiblement horizontalement et relié à l'extrémité inférieure du mât ;
le mât est monté pivotant sur deux flasques latéraux par ladite articulation, lesdits flasques latéraux étant fixés sur le châssis et s 'étendant verticalement au- dessus dudit châssis, chacun desdits flasques latéraux étant en outre contreventé par une jambe de force qui relie ledit flasque latéral au châssis et qui s'étend selon la première direction à l'opposé du vérin hydraulique à partir dudit flasque.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints.
Sur les dessins :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale partielle d'une éolienne selon une forme de réalisation de l'invention, avec son mât en position relevée,
- la figure 2 est une vue en perspective du massif d'ancrage de l' éolienne de la figure 1, et
- la figure 3 est une vue en perspective du châssis métallique monté sur le massif d'ancrage de la figure 2 pour supporter le mât de l' éolienne.
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.
Comme représenté sur la figure 1, l'invention concerne une éolienne comprenant :
- un mât de support 1 s 'étendant selon un axe longitudinal Z 0 entre une extrémité inférieure la et une extrémité supérieure lb, ledit axe longitudinal Z o étant parallèle à l'axe vertical d'un référentiel orthogonal (X, Y, Z ) dans la position de fonctionnement de 1 'éolienne,
- une nacelle 2 montée pivotante à l'extrémité supérieure du mât de support 1 autour d'un axe vertical Z ,
- un rotor 3 monté rotatif autour d'un axe de rotation R sensiblement horizontal et porté par la nacelle 2, le rotor 3 portant une hélice 4 à plusieurs pales 4a adaptée pour faire tourner le rotor en présence de vent en entraînant une génératrice électrique contenue dans la nacelle 2 ou disposée éventuellement vers l'extrémité inférieure du mât (comme enseigné par exemple dans le document WO-A-2009/152869 susmentionné).
A titre d'exemple non limitatif, le mât de support
1 peut s'étendre sur une hauteur d'environ 50 à 100 m et sa structure métallique peut par exemple peser d'une cinquantaine de tonnes à une centaine de tonnes (en dehors du contrepoids mentionné ci-dessous), tandis que la nacelle 2 (y compris le rotor 3 et l'hélice 4), peut peser de 50 à 80 tonnes (20 à 60 tonnes sans la génératrice électrique est disposée à l'extrémité inférieure du mât) . Le mât de support 1 peut être un mât creux de section par exemple sensiblement circulaire ou autre, ayant une largeur qui peut être de l'ordre de 3 à 4 m dans sa partie inférieure.
Le mât 1 est monté pivotant autour d'une articulation 5, par exemple un simple pivot, qui permet un pivotement du mat 1 autour d'un axe horizontal Yo parallèle à la direction Y . Le mat 1 peut ainsi pivoter dans un plan vertical X, Z entre la position relevée représentée sur la figure 1 et une position rabattue (non représentée) , comme enseigné dans le document WO-A-2009/152869.
L'articulation 5 peut relier le mât 1 par exemple à deux flasques latéraux verticaux 6 qui sont fixés sur un châssis de support métallique 7, lui-même solidaire d'un massif d'ancrage 8 en béton armé, coulé au sol.
Le pivotement du mât 1 de l'éolienne autour de l'articulation 5 est commandé par au moins un actionneur, par exemple un vérin hydraulique VI s 'étendant sensiblement horizontalement et reliant le châssis 7 à l'extrémité inférieure la du mât. Ce vérin peut par exemple comporter :
un cylindre 10 monté tourillonnant autour d'un axe horizontal Yi parallèle à l'axe Yo , sur un support 11 solidaire du châssis 7,
- une tige 12 coulissant dans le cylindre 10 et articulée à l'extrémité inférieure la du mât 1.
L'extrémité inférieure la du mât peut en outre être dotée d'un contrepoids 13, par exemple tel que décrit dans le document WO-A-2009/152869 susmentionné.
Dans l'exemple particulier représenté, la partie inférieure du mât 1 forme un fût 14 éventuellement lesté, qui se prolonge latéralement par un bec 15 dont l'extrémité libre est pourvue d'une articulation 13a autour de laquelle pivote le contrepoids 13 autour d'un axe de rotation Y2 parallèle aux axes Yo, Yi susmentionnés. Le contrepoids 13 peut être commandé en pivotement autour de l'articulation 13a, par un vérin hydraulique supplémentaire (non représenté, mais décrit dans le document WO-A-2009/152869 susmentionné) qui le relie au fût 14. La tige 11 du vérin VI peut être reliée à ladite articulation 13a en passant sous l'extrémité inférieure la du mât.
Le deux flasques latéraux 6 susmentionnés s'étendent verticalement au-dessus du châssis 7 et chacun desdits flasques latéraux est en outre contreventé par une jambe de force 9 qui relie ledit flasque latéral au châssis 7 et qui s'étend à partir dudit flasque en biais vers le bas et selon la direction horizontale X à l'opposé du vérin hydraulique VI.
Comme représenté sur la figure 2, le massif d'ancrage 8 est une dalle de béton armé s 'étendant sensiblement horizontalement et présentant une longueur L selon la direction X et une largeur 1 selon la direction Y et une épaisseur verticale e. La longueur L et la largeur 1 sont chacune supérieure à h/10, avantageusement supérieures à h/5. Ces deux dimensions peuvent par exemple être comprises entre 12 et 20 m. L'épaisseur e est comprise entre 1,5 et 3 m, avantageusement entre 1,5 et 2,5 m, par exemple de l'ordre de 2m. La surface horizontale du massif d'ancrage 8 est par exemple comprise entre 100 et 300 m2. La masse du massif d'ancrage 7 est supérieure à 300 t, par exemple comprise entre 300 t et 600 t.
Le massif d'ancrage 8 est coulé dans une fouille au sol, de façon à affleurer la surface du sol.
La surface supérieure du massif d'ancrage 8 peut comporter des platines de support 16 qui servent d'appuis pour le châssis 7, et qui sont traversés par des goujons 17 ancrés dans le massif d'ancrage 8. Ces goujons 17 servent à fixer le châssis 7 par boulonnage.
Comme représenté sur la figure 3, le châssis 7 peut être constitué par un assemblage de poutrelles d'acier, comprenant par exemple :
une partie centrale 18, disposée sous le fût 14 du mât et servant à bloquer le contrepoids 13 dans la position relevée du mât, comme décrit dans le document WO- A-2009/152869,
- une partie arrière 19 servant à fixer le support 11 du vérin VI,
deux longerons arrière 20 s 'étendant selon la direction X et reliant la partie centrale 18 à la partie arrière 19,
deux longerons avant 21 s 'étendant selon la direction X à l'opposé de la partie arrière 19 depuis la partie centrale 18, ces longerons avant 21 étant disposés de part et d'autre de la partie centrale 18 et étant reliés à cette partie centrale par des entretoises 22, chacun de ces longerons avant 21 comportant en outre, vers son extrémité avant, un support 23 pour une des jambes de force 9,
et deux longerons latéraux 24 qui encadrent les extrémités arrière des longerons avant 21 et sont reliées à ces extrémités arrière chacun par deux entretoises 25.
Lesdits longerons latéraux 24 forment avec les extrémités arrière des longerons avant 21 et les entretoises 25, des structures de support rectangulaires qui supportent chacune un flasque latéral 6. Lesdites structures de support peuvent avantageusement réticulées, par exemple chacun au moyen d'au moins une poutrelle 26 formant une structure triangulaire avec un longeron latéral 24 et une entretoise 25.
Le châssis peut présenter une longueur L' selon la direction X et une largeur l' selon la direction Y, et chacune de ces dimensions peut être par exemple supérieure à h/10.

Claims

REVENDICATIONS
1. Eolienne comprenant :
un mât (1) s 'étendant entre une extrémité inférieure (la) et une extrémité supérieure (lb) sur une certaine hauteur h supérieure à 20 m,
un massif d'ancrage (8) qui est fixé au sol et sur lequel est fixé le mât (1), le massif d'ancrage (8) étant coulé dans une fouille au sol de façon à affleurer la surface du sol,
une nacelle (2) portée par l'extrémité supérieure du mât, cette nacelle comprenant un rotor (3) portant une hélice (4),
caractérisée en ce que le massif d'ancrage (8) est une dalle de béton armé s 'étendant sensiblement horizontalement et présentant une masse supérieure à 300 tonnes, des dimensions horizontales (1, L) supérieures à h/10 selon deux directions horizontales (X, Y) perpendiculaires entre elles et une épaisseur (e) comprise entre 1,5 et 2,5 m.
2. Eolienne selon la revendication 1, dans laquelle les dimensions horizontales (1, L) du massif d'ancrage sont supérieures à h/5 selon lesdites deux directions horizontales (X, Y) .
3. Eolienne selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre un châssis de support métallique (6) qui est fixé sur le massif d'ancrage (8) et sur lequel est monté le mât (1), ledit châssis présentant des dimensions horizontales (1', L') supérieures à h/10 selon lesdites deux directions horizontales (X, Y) .
4. Eolienne selon la revendication 3, dans laquelle le mât (1) est reliée au châssis (8) par une articulation (5) disposée en une position intermédiaire entre les extrémités inférieure (la) et supérieure (lb) du mât, le mât comportant une partie inférieure, située entre l'articulation et l'extrémité inférieure (la), qui forme contrepoids vis-à-vis de la nacelle (2) et d'une partie supérieure du mât située entre l'articulation (5) et la nacelle (2), l'éolienne comprenant en outre au moins un actionneur (VI) reliant le châssis au mât (1) et adapté pour commander un pivotement dudit mât autour de l'articulation (5) entre une position relevée et une position rabattue.
5. Eolienne selon la revendication 4, dans laquelle ledit actionneur comprend un vérin hydraulique (VI) s 'étendant sensiblement horizontalement et relié à l'extrémité inférieure (la) du mât.
6. Eolienne selon la revendication 5, dans laquelle le mât est monté pivotant sur deux flasques latéraux (6) par ladite articulation (5), lesdits flasques latéraux étant fixés sur le châssis (7) et s 'étendant verticalement au-dessus dudit châssis, chacun desdits flasques latéraux étant en outre contreventé par une jambe de force (9) qui relie ledit flasque latéral au châssis (7) et qui s'étend selon la première direction (X) à l'opposé du vérin hydraulique (VI) à partir dudit flasque.
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WO2011095729A2 true WO2011095729A2 (fr) 2011-08-11
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