WO2013175123A1 - Floating wind turbine comprising transverse-flow turbines with aerodynamic regulation - Google Patents

Floating wind turbine comprising transverse-flow turbines with aerodynamic regulation Download PDF

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WO2013175123A1
WO2013175123A1 PCT/FR2013/051113 FR2013051113W WO2013175123A1 WO 2013175123 A1 WO2013175123 A1 WO 2013175123A1 FR 2013051113 W FR2013051113 W FR 2013051113W WO 2013175123 A1 WO2013175123 A1 WO 2013175123A1
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Jean-Luc Achard
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Definitions

  • Another object of an exemplary embodiment of the present invention is that the aerodynamic regulation, as a function of the wind speed v, of the operation of the transverse flow turbine wind turbine is robust.
  • the wind turbine further comprises at least one electric generator driven by the turbines and housed in the float.
  • FIG. 1 represents, schematically, an exemplary embodiment of a floating turbine with transverse flow turbines according to the invention
  • An advantage of the exemplary embodiment in which the stile flaps 58 are not present, is to reduce the number of movable flaps of the floating wind turbine 10, to be controlled and therefore to simplify the structure of the floating wind turbine 10 by halving the number of movable flaps.

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Abstract

The invention relates to a floating wind turbine (10) comprising a float(14) and a turbine engine (12) resting on the float, the turbine engine (12) comprising first and second columns (35) of transverse-flow turbines (30) and a structure (21) for holding the turbines, the holding structure comprising, for each pair of adjacent turbines comprising a turbine of the first column and a turbine of the second column, a central vertical upright (42) between the turbines, and lateral vertical uprights on the side of the turbines of said pair opposite the central upright, the central upright extending upwards, in the wind stream direction, by a projecting part (44), called a stem, said stem comprising, for each pair of adjacent turbines, two vertical mobile flaps (68) called stem flaps.

Description

EOLIENNE FLOTTANTE A TURBINES A FLUX TRANSVERSE A REGULATION  FLOATING WIND TURBINE WITH TRANSVERSE FLUX WITH REGULATION
AERODYNAMIQUE  AERODYNAMIC
Domaine de 1 ' invention Field of the invention
La présente invention concerne une éolienne flottante, notamment pour une utilisation au large des côtes.  The present invention relates to a floating wind turbine, particularly for use offshore.
Exposé de l'art antérieur Presentation of the prior art
La plupart des éoliennes installées sur la terre ferme comprennent des turbines à flux axial comportant généralement trois pales et dont l'axe de rotation est parallèle à la direction du vent incident qui atteint l' éolienne. Les pales sont maintenues par une nacelle à l'extrémité supérieure d'un mât. Les autres éoliennes terrestres comprennent des turbines à flux transverse dont l'axe de rotation est perpendiculaire à la direction du vent, et agencé horizontalement ou le plus souvent verticalement. Les pales de l'éolienne entraînent en rotation un arbre qui entraîne à son tour un générateur électrique (également appelé génératrice) . Most onshore wind turbines include axial flow turbines with typically three blades and their axis of rotation parallel to the direction of incident wind that reaches the wind turbine. The blades are held by a nacelle at the upper end of a mast. Other onshore wind turbines include transverse flow turbines whose axis of rotation is perpendicular to the wind direction, and arranged horizontally or usually vertically. The blades of the wind turbine rotates a shaft which in turn drives an electric generator (also called a generator).
Une tendance actuelle est à l'installation d'éoliennes au large des côtes car le vent y est plus intense et plus constant. De telles éoliennes sont appelées éoliennes en mer. Les éoliennes en mer actuellement en activité comprennent essentiellement des turbines à flux axial. L'extrémité inférieure du mât maintenant la turbine à flux axial est fixée au fond marin. Dans un sol souple, l'extrémité inférieure du mât peut être enfoncée dans le sol, tandis que dans un sol dur, l'extrémité inférieure du mât peut être pourvue d'une embase en béton, posée sur le fond marin. Des structures constituées d'un treillis de tubes soudés (appelées en anglais « jacket ») peuvent également être utilisées pour fixer la turbine axiale au fond marin. De telles éoliennes en mer ne peuvent donc être installées que sur des profondeurs d'eau peu importantes, de l'ordre de quelques dizaines de mètres. Toutefois, les sites à faible profondeur sont en nombre limité et ne sont pas toujours exploitables pour l'installation d'éoliennes. Il est donc souhaitable de concevoir des éoliennes en mer dont l'installation peut être réalisée en s 'éloignant davantage du rivage. L'éolienne comporte alors une structure de support immergée qui comporte au moins un flotteur qui est, par exemple, relié au fond marin par des lignes d'ancrage. De telles éoliennes sont appelées éoliennes flottantes .  A current trend is to install wind turbines offshore because the wind is more intense and more constant. Such turbines are called offshore wind turbines. Offshore wind turbines currently in operation mainly include axial flow turbines. The lower end of the mast holding the axial flow turbine is fixed to the seabed. In soft soil, the lower end of the mast can be driven into the ground, while in hard ground, the lower end of the mast can be provided with a concrete base, placed on the seabed. Structures consisting of a mesh of welded tubes (called "jacket") can also be used to attach the axial turbine to the seabed. Such offshore wind turbines can therefore be installed only in shallow water depths, of the order of a few tens of meters. However, the shallow sites are limited in number and are not always usable for the installation of wind turbines. It is therefore desirable to design wind turbines at sea whose installation can be carried out further away from the shore. The wind turbine then comprises a submerged support structure which comprises at least one float which is, for example, connected to the seabed by anchoring lines. Such wind turbines are called floating wind turbines.
De façon générale, il est nécessaire de prévoir une régulation du comportement aérodynamique de l'éolienne pour en assurer le bon fonctionnement. En effet, il faut maximiser la puissance collectée par l'éolienne pour les vitesses de vent faibles et modérées. Par ailleurs, il faut assurer la sûreté de l'installation pour les vitesses de vent élevées. Il est en particulier nécessaire de protéger l'éolienne par un système d'arrêt d'urgence lorsque la vitesse du vent est supérieure à la vitesse maximale admissible.  In general, it is necessary to provide a regulation of the aerodynamic behavior of the wind turbine to ensure proper operation. Indeed, it is necessary to maximize the power collected by the wind turbine for low and moderate wind speeds. In addition, the safety of the installation must be ensured for high wind speeds. In particular, it is necessary to protect the wind turbine with an emergency stop system when the wind speed is higher than the maximum permissible speed.
Dans ce but, il peut être prévu des commandes mécaniques qui modifient le comportement aérodynamique de la turbine. Lorsque la turbine comprend des pales reliées à un moyeu, il peut être prévu d'utiliser des pales dont l'angle de calage sur le moyeu peut être modifié en fonctionnement. L'angle de calage des pales est alors asservi afin d'assurer une variation de l'angle d'attaque des pales et donc de leur portance. For this purpose, it can be provided mechanical controls that modify the aerodynamic behavior of the turbine. When the turbine comprises blades connected to a hub, it may be provided to use blades whose wedge angle on the hub can be modified in operation. The pitch angle of the blades is then controlled to ensure a change in the angle of attack of the blades and therefore their lift.
La réalisation d'une éolienne flottante à turbine à flux axial présente des inconvénients. En effet, l'accès à la nacelle qui contient généralement le générateur électrique est difficile. En outre, la masse de la nacelle et des pales peut entraîner l'apparition d'un moment important de basculement de 1 'éolienne qui doit être compensé. De plus, lorsque la régulation du comportement aérodynamique de l' éolienne est réalisée en utilisant des pales à calage variable, la structure de l' éolienne est complexe.  The realization of a floating wind turbine axial flow has drawbacks. Indeed, access to the platform that usually contains the electric generator is difficult. In addition, the mass of the nacelle and the blades can cause the appearance of a significant moment of tilting of the wind turbine which must be compensated. In addition, when regulating the aerodynamic behavior of the wind turbine is achieved using variable pitch blades, the structure of the wind turbine is complex.
Des exemples d'éoliennes flottantes à turbines à flux transverse ont été décrits. Elles permettent notamment de loger le générateur électrique dans le flotteur, ce qui facilite la stabilisation de l' éolienne. A titre d'exemple, le document WO2009/036107 décrit une éolienne flottante composée d'une turbine à flux transverse et le document WO03089787 décrit une éolienne flottante composée de deux turbines à flux transverse superposées à axe vertical et contrarotatives .  Examples of floating turbines with transverse flow turbines have been described. They allow in particular to house the electric generator in the float, which facilitates the stabilization of the wind turbine. By way of example, the document WO2009 / 036107 describes a floating wind turbine composed of a transverse flow turbine and the document WO03089787 describes a floating wind turbine composed of two transverse flow turbines superimposed on a vertical axis and counter-rotating.
Un inconvénient de l'utilisation de turbines à flux transverse est le rendement inférieur obtenu par rapport à des turbines à flux axial.  A disadvantage of the use of transverse flow turbines is the lower efficiency obtained with respect to axial flow turbines.
Un autre inconvénient tient aux pulsations du couple délivré par les pales tournantes. Enfin ces turbines ne peuvent pas démarrer automatiquement et peuvent rester immobilisées dans des positions stables.  Another disadvantage is the pulsations of the torque delivered by the rotating blades. Finally these turbines can not start automatically and can remain immobilized in stable positions.
Il peut être avantageux de permettre le fonctionnement de l' éolienne à une vitesse de rotation variable. Dans ce but, la commande de 1 'éolienne peut comporter une commande de la génératrice via l'électronique de puissance et une commande aérodynamique. Le type de commande aérodynamique le plus utilisé, notamment pour des d'éoliennes à flux axial de taille moyenne et de grande taille, est la commande de l'angle d'attaque de la pale via l'ajustement de l'angle de calage de la pale sur le moyeu. Toutefois, une régulation du comportement aérodynamique d'une turbine à flux transverse fondée sur des pales à calage variable n'est pas adaptée pour des éoliennes flottantes. En effet, les turbines à flux transverse d' éoliennes flottantes sont de grande taille et la réalisation de pales à calage variable est complexe pour de telles dimensions. En outre, les éoliennes flottantes étant éloignées du rivage, la structure des turbines doit rester simple pour limiter les interventions coûteuses. It may be advantageous to allow the operation of the wind turbine at a variable speed of rotation. For this purpose, the control of the wind turbine may include control of the generator via the power electronics and aerodynamic control. The most commonly used type of aerodynamic control, particularly for medium-sized and large axial flow wind turbines, is the control of the angle of attack of the blade via the adjustment of the wedge angle of the blade on the hub. However, a regulation of the aerodynamic behavior of a transverse flow turbine based on variable pitch blades is not suitable for floating wind turbines. Indeed, the transverse flow turbines of floating wind turbines are large and the realization of variable pitch blades is complex for such dimensions. In addition, floating wind turbines being far from the shore, the turbine structure must remain simple to limit costly interventions.
Il serait donc souhaitable de proposer une éolienne flottante à turbines à flux transverse dépourvue des trois inconvénients mentionnés précédemment tout en concevant une régulation aérodynamique du fonctionnement de 1 'éolienne en fonction de la vitesse du vent incident sans requérir l'utilisation de pales à calage variable.  It would therefore be desirable to propose a floating turbine with transverse flow turbines without the three disadvantages mentioned above while designing an aerodynamic regulation of the operation of the wind turbine as a function of the speed of the incident wind without requiring the use of variable pitch blades. .
Résumé summary
Un objet d'un exemple de réalisation de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients des éoliennes flottantes à turbines à flux transverse mentionnés précédemment .  An object of an exemplary embodiment of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages of floating turbines with transverse flow turbines mentioned above.
Un autre objet d'un exemple de réalisation de la présente invention est que la régulation aérodynamique, en fonction de la vitesse du vent incident, du fonctionnement de l' éolienne à turbines à flux transverse est réalisée sans modifier la structure des turbines à flux transverse.  Another object of an exemplary embodiment of the present invention is that the aerodynamic regulation, as a function of the incident wind speed, of the operation of the turbine with transverse flow turbines is carried out without modifying the structure of the transverse flow turbines .
Un autre objet d'un exemple de réalisation de la présente invention est que la régulation aérodynamique, en fonction de la vitesse v du vent, du fonctionnement de l' éolienne à turbines à flux transverse est robuste.  Another object of an exemplary embodiment of the present invention is that the aerodynamic regulation, as a function of the wind speed v, of the operation of the transverse flow turbine wind turbine is robust.
Un autre objet d'un exemple de réalisation de la présente invention est la compensation, via des moyens aérodynamiques prévus sur la turbomachine, des moments de tangage, de lacet et de roulis qui s'exercent sur le flotteur et qui croissent avec la vitesse du vent incident . Un mode de réalisation prévoit une éolienne flottante comprenant un flotteur et une turbomachine reposant sur le flotteur, la turbomachine comprenant des première et deuxième colonnes de turbines à flux transverse et une structure de maintien des turbines, la structure de maintien comprenant, pour chaque paire de turbines adjacentes comprenant une première turbine de la première colonne et une deuxième turbine de la deuxième colonne, un montant central vertical entre les turbines et des montants latéraux verticaux du côté des turbines de ladite paire opposé au montant central, le montant central se prolongeant vers l'amont, selon la direction d'écoulement du vent, par une pièce en saillie, appelée étrave, ladite étrave comprenant au moins deux volets verticaux mobiles, appelés volets d'étrave, l'un des volets d'étrave étant situé du côté de la première turbine et l'autre volet d'étrave étant situé du côté de la deuxième turbine. Another object of an exemplary embodiment of the present invention is the compensation, via aerodynamic means provided on the turbomachine, moments of pitch, yaw and roll that exerted on the float and which grow with the speed of the incident wind. One embodiment provides a floating wind turbine comprising a float and a turbomachine resting on the float, the turbomachine comprising first and second columns of transverse flow turbines and a structure for holding the turbines, the holding structure comprising, for each pair of turbines, adjacent turbines comprising a first turbine of the first column and a second turbine of the second column, a vertical central upright between the turbines and vertical side uprights on the turbine side of said pair opposite the central upright, the central upright extending towards the upstream, in the direction of flow of the wind, by a protruding part, called bow, said bow comprising at least two movable vertical flaps, called bow flaps, one of the bow flaps being located on the side of the first turbine and the other bow shutter being located on the side of the second turbine.
Selon un mode de réalisation, les volets d'étrave associés aux paires de turbines adjacentes sont mobiles indépendamment les uns des autres.  According to one embodiment, the bow flaps associated with the adjacent turbine pairs are movable independently of each other.
Selon un mode de réalisation, chaque volet d'étrave est mobile en pivotement autour d'un axe vertical situé en amont de 1' étrave .  According to one embodiment, each bow flap is pivotally movable about a vertical axis located upstream of the bow.
Selon un mode de réalisation, l' éolienne comprend, pour au moins l'un des volets d'étrave, un système de commande du braquage dudit volet d'étrave adapté à commander le braquage dudit volet d'étrave vers l'extérieur de l' étrave, lorsque la vitesse du vent est supérieure à la vitesse de fonctionnement nominale de la turbine associée audit volet d'étrave.  According to one embodiment, the wind turbine comprises, for at least one of the bow flaps, a steering control system of said bow flap adapted to control the steering of said bow flap outwardly of the bow. bow when the wind speed is greater than the nominal operating speed of the turbine associated with said bow flap.
Selon un mode de réalisation, le système de commande du braquage dudit volet d'étrave est adapté à commander le braquage maximal dudit volet d'étrave vers l'extérieur jusqu'à une occultation d'au moins la moitié du maître-couple d'une turbine, lorsque la vitesse du vent est supérieure à la vitesse de coupure de l' éolienne.  According to one embodiment, the control system of the steering of said bow shutter is adapted to control the maximum steering of said bow shutter outwardly to a concealment of at least half of the master-torque of a turbine, when the wind speed is greater than the cutoff speed of the wind turbine.
Selon un mode de réalisation, l' éolienne comprend, pour chaque montant latéral, un volet vertical, appelé volet de montant, en aval du montant suivant la direction du vent, le volet de montant étant en pivotement mobile par rapport au montant, l'éolienne comprenant, pour au moins l'un des volet de montant, un système de commande du braquage dudit volet de montant adapté à commander le braquage dudit volet de montant vers l'extérieur de l'éolienne, lorsque la vitesse du vent est inférieure à la vitesse de fonctionnement nominale de la turbine associée audit volet de montant . According to one embodiment, the wind turbine comprises, for each lateral upright, a vertical flap, called an upright flap, downstream of the upright in the direction of the wind, the stud flap being pivotally movable relative to the upright, the wind turbine comprising, for at least one of the upright flap, a steering control system of said flap adapted amount controlling the turning of said stud flap out of the wind turbine, when the wind speed is lower than the nominal operating speed of the turbine associated with said stud flap.
Selon un mode de réalisation, l'angle de braquage dudit volet de montant vers l'extérieur de l'éolienne est constant lorsque la vitesse du vent est inférieure à la vitesse de fonctionnement nominale de la turbine associée audit volet de montant .  According to one embodiment, the steering angle of said component flap to the outside of the wind turbine is constant when the wind speed is lower than the nominal operating speed of the turbine associated with said amount flap.
Selon un mode de réalisation, l'éolienne est adaptée à pivoter par rapport au flotteur autour d'un axe de pivotement situé en amont du centre de poussée des montants verticaux par rapport à la direction du vent.  According to one embodiment, the wind turbine is adapted to pivot relative to the float around a pivot axis located upstream of the center of thrust of the uprights relative to the wind direction.
Selon un mode de réalisation, la structure de maintien comprend, pour chaque turbine, au moins un plateau horizontal fixé aux montants latéraux, la turbine étant reliée au plateau horizontal par une liaison pivotante, chaque montant latéral comprenant au moins une portion à laquelle est fixé le plateau, le volet de montant étant mobile par rapport à la portion.  According to one embodiment, the holding structure comprises, for each turbine, at least one horizontal plate attached to the lateral uprights, the turbine being connected to the horizontal plate by a pivotal connection, each lateral upright comprising at least one portion to which is fixed the tray, the jamb flap being movable relative to the portion.
Selon un mode de réalisation, l'éolienne comprend un système d'inversion du sens de rotation des turbines de la première colonne par rapport au sens de rotation des turbines de la deuxième colonne, les turbines de chaque paire de turbines adjacentes comprenant une turbine de la première colonne et une turbine de la deuxième colonne étant disposées de façon symétrique par rapport au montant central .  According to one embodiment, the wind turbine comprises a system for reversing the direction of rotation of the turbines of the first column relative to the direction of rotation of the turbines of the second column, the turbines of each pair of adjacent turbines comprising a turbine of the first column and a turbine of the second column being arranged symmetrically with respect to the central upright.
Selon un mode de réalisation, l'éolienne comprend, en outre, au moins un générateur électrique entraîné par les turbines et logé dans le flotteur.  According to one embodiment, the wind turbine further comprises at least one electric generator driven by the turbines and housed in the float.
Selon un mode de réalisation, chaque turbine comprend un arbre d'entraînement, les arbres d'entraînement des turbines de la première colonne étant reliés les uns aux autres et les arbres d'entraînement des turbines de la deuxième colonne étant reliés les uns aux autres, l'arbre d'entraînement de la turbine à la base de la première et/ou deuxième colonne de turbines étant relié au générateur électrique. According to one embodiment, each turbine comprises a drive shaft, the drive shafts of the turbines of the first column being connected to each other and the driving shafts of the turbines of the second column being connected to each other, the drive shaft of the turbine at the base of the first and / or second column of turbines being connected to the electric generator.
Selon un mode de réalisation, chaque turbine comprend des pales entraînant en rotation l'arbre d'entraînement et, pour au moins des première et deuxième turbines d'au moins l'une des première et deuxième colonnes tournant dans le même sens de rotation, les pales de la première turbine sont décalées angulairement par rapport aux pales de la deuxième turbine .  According to one embodiment, each turbine comprises blades driving in rotation the drive shaft and, for at least first and second turbines of at least one of the first and second columns rotating in the same direction of rotation, the blades of the first turbine are offset angularly with respect to the blades of the second turbine.
Selon un mode de réalisation, l'éolienne comprend, en outre, au moins un panneau photovoltaïque fixé à l'un des montants latéraux ou au montant central vertical .  According to one embodiment, the wind turbine further comprises at least one photovoltaic panel attached to one of the lateral uprights or to the vertical central upright.
Selon un mode de réalisation, l'éolienne comprend des lignes d'ancrage destinées à relier le flotteur au fond marin.  According to one embodiment, the wind turbine comprises anchor lines for connecting the float to the seabed.
Brève description des dessins Brief description of the drawings
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :  These and other objects, features, and advantages will be set forth in detail in the following description of particular embodiments in a non-limitative manner with reference to the accompanying figures in which:
la figure 1 représente, de façon schématique, un exemple de réalisation d'une éolienne flottante à turbines à flux transverse selon 1 ' invention ;  FIG. 1 represents, schematically, an exemplary embodiment of a floating turbine with transverse flow turbines according to the invention;
les figures 2A et 2B sont respectivement une vue en perspective et une vue en coupe d'un étage de l'éolienne flottante de la figure 1 selon un premier mode de fonctionnement ;  Figures 2A and 2B are respectively a perspective view and a sectional view of a stage of the floating wind turbine of Figure 1 according to a first mode of operation;
les figures 3A et 3B sont respectivement une vue en perspective et une vue en coupe d'un étage de l'éolienne flottante de la figure 1 selon un deuxième mode de fonctionnement ;  Figures 3A and 3B are respectively a perspective view and a sectional view of a stage of the floating wind turbine of Figure 1 according to a second mode of operation;
les figures 4 à 6 représentent trois exemples de turbines à flux transverse ;  Figures 4 to 6 show three examples of transverse flow turbines;
la figure 7 représente, de façon partielle et schématique, un exemple de réalisation d'un dispositif de régulation du comportement aérodynamique de l'éolienne de la figure 1 permettant d' augmenter le flux d' air au niveau de chaque turbine ; FIG. 7 represents, partially and schematically, an exemplary embodiment of a device for regulating the aerodynamic behavior of the wind turbine of FIG. 1 to increase the flow of air at each turbine;
la figure 8 représente, sous la forme d'un schéma-blocs, un exemple de système de régulation de la conversion énergétique de l'éolienne de la figure 7 ;  FIG. 8 represents, in the form of a block diagram, an example of a system for regulating the energy conversion of the wind turbine of FIG. 7;
la figure 9 représente, de façon partielle et schématique, un exemple de réalisation d'un dispositif de d'orientation automatique de l'éolienne de la figure 1 face au vent ; et  FIG. 9 represents, partially and schematically, an exemplary embodiment of an automatic orientation device for the wind turbine of FIG. 1 facing the wind; and
la figure 10 représente un exemple de réalisation d'une éolienne flottante comprenant des panneaux photovoltaïques.  FIG. 10 represents an exemplary embodiment of a floating wind turbine comprising photovoltaic panels.
Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures .  For the sake of clarity, the same elements have been designated with the same references in the various figures.
Description détaillée detailed description
Seuls les éléments utiles à la compréhension de l'invention sont décrits et représentés sur les figures. Dans la suite de la description, sauf indication contraire, les termes "sensiblement", "environ" et "de l'ordre de" signifient "à 10 % près". En outre, les termes "supérieur", "inférieur", "au-dessus", "au-dessous", "sommet" et "base" sont définis par rapport à l'axe de rotation des turbines de l'éolienne qui correspond, par exemple, sensiblement à la direction verticale.  Only the elements useful for understanding the invention are described and shown in the figures. In the rest of the description, unless otherwise indicated, the terms "substantially", "about" and "of the order of" mean "to within 10%". In addition, the terms "upper", "lower", "above", "below", "top" and "base" are defined with respect to the axis of rotation of the turbines of the corresponding wind turbine. for example, substantially in the vertical direction.
La figure 1 est une vue en perspective schématique d'un exemple de réalisation d'une éolienne flottante 10 selon l'invention. L'éolienne flottante 10 comprend une turbomachine émergée 12 reposant sur un flotteur 14. Le flotteur 14 peut correspondre à une coque flottante. La coque flottante 14 est reliée au fond marin, non représenté, par des lignes d'ancrage 16. Le niveau des eaux est représenté de façon schématique par la ligne 18. De préférence, la turbomachine 12 est montée sur la coque flottante 14 de façon que la turbomachine 12 puisse tourner par rapport à la coque flottante 14 autour d'un axe A, sensiblement vertical, d'une liaison pivot.  Figure 1 is a schematic perspective view of an embodiment of a floating wind turbine 10 according to the invention. The floating wind turbine 10 comprises an emergent turbomachine 12 resting on a float 14. The float 14 may correspond to a floating hull. The floating hull 14 is connected to the seabed, not shown, by anchoring lines 16. The water level is represented diagrammatically by the line 18. Preferably, the turbomachine 12 is mounted on the floating hull 14 so that that the turbomachine 12 can rotate relative to the floating shell 14 about a substantially vertical axis A, a pivot connection.
La turbomachine 12 comprend des turbines 30 qui sont empilées pour former deux colonnes 35 de turbines 30, également appelés empilements de turbines par la suite, juxtaposées avec leurs axes de rotation D et D' parallèles et sensiblement verticaux. La turbomachine 12 comprend un empilement de plusieurs étages 20. A titre d'exemple, quatre étages 20 sont représentés en figure 1. Le nombre d'étages varie, par exemple, de 2 à 10. The turbomachine 12 comprises turbines 30 which are stacked to form two columns of turbines 30, also called stacks of turbines thereafter, juxtaposed with their axes of rotation D and D 'parallel and substantially vertical. The turbomachine 12 comprises a stack of several stages 20. By way of example, four stages 20 are shown in FIG. 1. The number of stages varies, for example, from 2 to 10.
Chaque étage 20 comprend :  Each stage 20 comprises:
- un châssis 21, ou structure de maintien, assurant la rigidité de l'ensemble et comprenant des montants latéraux 22, également appelés carénages par la suite, un montant central 42 disposé entre les montants latéraux 22, deux panneaux horizontaux supérieurs 26 et deux panneaux horizontaux inférieurs 28, chaque panneau horizontal supérieur et inférieur 26, 28 s 'étendant entre l'un des carénages 22 et le montant central 42. Le montant central 42 comprend une portion 43 en amont jouant notamment le rôle d'une étrave et une portion 44 en aval jouant le rôle d'un empennage ;  a frame 21, or holding structure, ensuring the rigidity of the assembly and comprising lateral uprights 22, also called shrouds thereafter, a central upright 42 disposed between the lateral uprights 22, two upper horizontal panels 26 and two panels lower horizontal members 28, each upper and lower horizontal panel 26, 28 extending between one of the fairings 22 and the central upright 42. The central upright 42 comprises a portion 43 upstream acting in particular as a bow and a portion 44 downstream playing the role of a tail;
- deux turbines à flux transverse 30 de part et d'autre du montant central 42, l'une appartenant à la première colonne de turbines et l'autre appartenant à la deuxième colonne de turbines. Chaque turbine 30 est disposée entre l'un des montants latéraux 22, le montant central 42 interposé entre les deux turbines 30 de l'étage et les plateaux 26 et 28.  two transverse flow turbines 30 on either side of the central upright 42, one belonging to the first column of turbines and the other belonging to the second column of turbines. Each turbine 30 is disposed between one of the lateral uprights 22, the central upright 42 interposed between the two turbines 30 of the stage and the plates 26 and 28.
Le montant central 42 et les carénages 22 peuvent être réalisés en des matériaux utilisés dans l'aéronautique pour la fabrication d'ailes, par exemple des matériaux composites.  The central upright 42 and the shrouds 22 may be made of materials used in aeronautics for the manufacture of wings, for example composite materials.
La coque flottante 14 peut être à symétrie de rotation autour de l'axe A et avoir, suivant un plan méridien, le profil transversal de la coque d'un navire. Le matériau pour réaliser la coque 14 peut être identique à celui utilisé actuellement pour réaliser la coque des navires.  The floating hull 14 may be symmetrical about the axis A and have, in a meridian plane, the transverse profile of the hull of a ship. The material for making the hull 14 may be identical to that currently used to make the hull of the ships.
Les montants latéraux 22 d'un étage 20 sont dans le prolongement des montants latéraux 22 de l'étage adjacent au-dessus et/ou de l'étage adjacent au-dessous dans l'empilement d'étages. Les montants 22 et les montants centraux 42 des étages 20 peuvent correspondre à un élément monobloc ou à des éléments distincts par étage. Les turbines 30 de deux étages 20 successifs sont séparées par un plateau horizontal 31 formé par le panneau supérieur 26 de l'étage 20 inférieur et le panneau inférieur 28 de l'étage 20 supérieur . The lateral uprights 22 of a stage 20 are in the extension of the lateral uprights 22 of the adjacent stage above and / or the adjacent floor below in the stack of stages. The uprights 22 and the central uprights 42 of the stages 20 may correspond to a one-piece element or to distinct elements per stage. The turbines 30 of two successive stages 20 are separated by a horizontal platen 31 formed by the upper panel 26 of the lower stage 20 and the lower panel 28 of the upper stage 20.
Chaque turbine à flux transverse 30 comprend un arbre d'entraînement 32 d'axe D ou D' et des pales 48 adaptées à entraîner l'arbre 32 en rotation autour de l'axe D ou D', notamment lorsque le vent a une direction approximativement perpendiculaire à l'axe D ou D' . L'arbre d'entraînement 32 est maintenu aux panneaux 26, 28 par des paliers 34. Les montants 22 et les plateaux 31 de l'ensemble de la turbomachine 12 sont solidaires les uns des autres pour former la structure de maintien des colonnes 35 de turbines 30.  Each transverse flow turbine 30 comprises a drive shaft 32 of axis D or D 'and blades 48 adapted to drive the shaft 32 in rotation around the axis D or D', especially when the wind has a direction approximately perpendicular to the axis D or D '. The drive shaft 32 is held at the panels 26, 28 by bearings 34. The uprights 22 and the plates 31 of the assembly of the turbomachine 12 are integral with each other to form the holding structure of the columns 35 of the turbines 30.
Pour chaque colonne 35 de turbines 30, les arbres d'entraînement 32 des turbines 30 peuvent être reliés les uns aux autres pour former l'arbre d'entraînement d'axe D ou D' de la colonne 35 de turbines. Les colonnes 35 de turbines 30 entraînent au moins un générateur électrique (non visible en figure 1) contenu dans la coque flottante 14.  For each column 30 of turbines 30, the drive shafts 32 of the turbines 30 may be connected to each other to form the shaft drive shaft D or D 'of the turbine column. The columns 35 of turbines 30 drive at least one electric generator (not visible in FIG. 1) contained in the floating hull 14.
Selon un exemple de réalisation, pour chaque colonne 35 de turbines 30, les arbres 32 sont reliés les uns aux autres et l'arbre de rotation de l'étage 20 à la base de la turbomachine 12 entraîne, éventuellement par l'intermédiaire d'un système de transmission hydraulique, un générateur électrique par colonne 35 de turbines 30 ou un générateur unique, (non visible en figure 1) , le ou les générateurs étant logés dans la coque flottante 14. Les arbres 32 des turbines 30 des deux colonnes 35 de turbines 30 peuvent former deux arbres monobloc d'axe D et D' maintenus par les plateaux 31. A titre de variante, les arbres 32 des turbines 30 d'une même colonne 35 de turbines peuvent être des éléments distincts. Des dispositifs d'accouplement, non représentés, entre les arbres 32 associés à deux turbines adjacentes, peuvent être prévus dans les plateaux 31. Il peut s'agir d'accouplements flexibles ou élastiques. Des éléments de protection, non représentés, peuvent être prévus pour éviter tout choc entre les turbines 30 et des oiseaux ou des projectiles entraînés par le vent. According to an exemplary embodiment, for each column 35 of turbines 30, the shafts 32 are connected to each other and the rotation shaft of the stage 20 at the base of the turbomachine 12 leads, possibly via a hydraulic transmission system, an electric generator per column of turbines 30 or a single generator (not visible in FIG. 1), the generator or generators being housed in the floating hull 14. The shafts 32 of the turbines 30 of the two columns 35 Turbines 30 may form two monobloc shafts of axis D and D 'maintained by the plates 31. Alternatively, the shafts 32 of the turbines 30 of the same column of turbines may be distinct elements. Couplings, not shown, between the shafts 32 associated with two adjacent turbines, may be provided in the trays 31. These may be flexible couplings or elastic. Protective elements, not shown, can be provided to avoid any impact between the turbines 30 and birds or projectiles driven by the wind.
Les figures 2A et 2B sont respectivement une vue en perspective et une vue en coupe d'un étage 20 de l'éolienne flottante de la figure 1 selon un premier mode de fonctionnement et les figures 3A et 3B sont des vues analogues respectivement aux figures 2A et 2B selon un deuxième mode de fonctionnement. Les coupes des figures 2A et 3A sont réalisées suivant des plans perpendiculaires à l'axe A de l'éolienne. Dans les figures 2A et 3A, la coupe est réalisée légèrement sous les plateaux supérieures 26. Le montant central 42 permet notamment de séparer les flux d'air qui atteignent les deux turbines 30 de chaque étage 20. Chaque montant latéral 22 a une forme profilée pour jouer, en outre, le rôle d'un carénage. L'aspiration du flux d'air au niveau de chaque turbine 30 d'un étage 20 est réalisé par les carénages latéraux 22 et le montant central 42.  FIGS. 2A and 2B are respectively a perspective view and a sectional view of a stage 20 of the floating wind turbine of FIG. 1 according to a first operating mode and FIGS. 3A and 3B are views similar to FIGS. 2A, respectively; and 2B according to a second mode of operation. The sections of FIGS. 2A and 3A are made along planes perpendicular to the axis A of the wind turbine. In FIGS. 2A and 3A, the section is made slightly below the upper plates 26. The central upright 42 makes it possible, in particular, to separate the air flows that reach the two turbines 30 of each stage 20. Each lateral upright 22 has a profiled shape to play, moreover, the role of a fairing. The suction of the air flow at each turbine 30 of a stage 20 is achieved by the side fairings 22 and the central upright 42.
La portion amont 43 du montant central 42 comprend deux volets d'étrave 68 mobiles. Chaque volet 68 peut être pivoté par rapport à la portion fixe de l'étrave 43, par exemple autour d'axes B et B' parallèles aux axes D et D', par exemple sensiblement selon la direction verticale. Les systèmes d' actionnement des volets d'étrave 68, par exemple des systèmes hydrauliques comprenant des vérins 67, peuvent être logés dans l'étrave 43 à la hauteur du panneau supérieur 26 et du panneau inférieur 28 de chaque étage 20.  The upstream portion 43 of the central upright 42 comprises two movable bow flaps 68. Each flap 68 may be pivoted with respect to the fixed portion of the bow 43, for example around axes B and B 'parallel to the axes D and D', for example substantially in the vertical direction. The actuation systems of the bow flaps 68, for example hydraulic systems comprising cylinders 67, can be housed in the bow 43 at the height of the upper panel 26 and the lower panel 28 of each stage 20.
Les axes de rotation parallèles B et B' de chaque volet d'étrave 68, parallèles à l'axe de la turbomachine A, sont situés dans la partie la plus amont de l'étrave 43. Sur les figures 2A et 2B, les volets d'étrave 68 sont en position fermée et viennent se plaquer dans des logements pratiqués dans l'étrave 43. Une augmentation de l'angle de braquage des volets d'étrave 68 vers l'extérieur de l'étrave entraîne une occultation plus ou moins importante du flux d'air atteignant les turbines 30. Sur les figures 3A et 3B, les volets d'étrave 68 sont représentés ouverts. Dans un plan de coupe perpendiculaire à l'axe A de l'éolienne, les volets d'étrave 68 ont la forme d'une flèche dont la pointe correspond à l'extrémité la plus amont de l'étrave 43 et dont les branches sont plus ou moins éloignées du reste de l'étrave 43. The parallel axes of rotation B and B 'of each bow flap 68, parallel to the axis of the turbomachine A, are located in the most upstream part of the stem 43. In FIGS. 2A and 2B, the flaps bow 68 are in the closed position and are pressed into housings formed in the bow 43. An increase in the steering angle of the bow flaps 68 to the outside of the bow causes a more or less occultation significant amount of air flow reaching the turbines 30. In Figures 3A and 3B, the bow flaps 68 are shown open. In a section plane perpendicular to the axis A of the wind turbine, the bow flaps 68 have the shape of an arrow whose tip corresponds to the most upstream end of the stem 43 and whose branches are more or less distant from the rest of the stem 43.
Sur les figures 2A et 2B, les volets d'étrave 68 étant en position fermée, en amont de chaque turbine 30, la partie centrale de l'écoulement longe la face externe des volets d'étrave 68 et vient alimenter chaque turbine 30 en amont d'un bec 69 pratiqué sur le montant central 42. De préférence, la turbine 30 représentée en haut sur les figures 2B et 3B tournent dans le sens horaire et la turbine 30 représentée en bas sur les figures 2B et 3B tournent dans le sens antihoraire de sorte que les pales 48 remontent l'écoulement le long du montant central 42. Le bec 69 est alors destiné à masquer la remontée des pales 48. Les pales 48 suivent en fonctionnement un cercle centré sur l'axe D ou D' . Le dit bec 69 est situé autour d'un angle a de masquage voisin de 30° défini à partir de la position angulaire où la pale 48 possède une incidence nulle. L'écoulement s'échappe du bec 69 avec une direction qui suit un rayon du cercle suivi par les pales 48.  In FIGS. 2A and 2B, the bow flaps 68 being in the closed position, upstream of each turbine 30, the central part of the flow runs along the external face of the bow flaps 68 and feeds each turbine 30 upstream. a nozzle 69 formed on the central upright 42. Preferably, the turbine 30 shown at the top in FIGS. 2B and 3B rotate clockwise and the turbine 30 shown at the bottom in FIGS. 2B and 3B rotate counterclockwise so that the blades 48 up the flow along the central upright 42. The nozzle 69 is then intended to hide the rise of the blades 48. The blades 48 follow in operation a circle centered on the axis D or D '. The said nozzle 69 is located around a masking angle α close to 30 ° defined from the angular position where the blade 48 has a zero incidence. The flow escapes from the nozzle 69 with a direction that follows a radius of the circle followed by the blades 48.
Au-delà de chaque turbine 30, l'écoulement s'engage dans une partie divergente obtenue grâce à l' éloignement graduel du carénage 22 par rapport au montant central 42. En outre, la présence de l'empennage 44 qui, en prolongeant le montant central 42, assure l'absence d'interaction entre les sillages des écoulements entraînant les deux turbines 30 d'un même étage, les formes profilées de l'empennage 44 et des carénages 22 permettent de minimiser les forces aérodynamiques de traînée exercées sur le châssis 21.  Beyond each turbine 30, the flow engages in a divergent part obtained thanks to the gradual removal of the fairing 22 from the central upright 42. In addition, the presence of the empennage 44 which, by prolonging the 42 of the central upright, ensures the absence of interaction between the wakes of the flows driving the two turbines 30 of the same stage, the profiled shapes of the empennage 44 and shrouds 22 make it possible to minimize the aerodynamic drag forces exerted on the chassis 21.
La turbine 30 peut être n'importe quel type de turbine à flux transverse. Plus particulièrement, il peut s'agir d'une turbine à flux transverse dans laquelle les pales 48 entraînent en rotation l'arbre 32 sous l'action de forces de portance. A titre d'exemple, la turbine à flux transverse est une turbine du type Darrieus ou du type Gorlov, par exemple, les turbines décrites dans la publication "Helical Turbines for the Gulf Stream: Conceptual Approach to Design of a Large-Scale Floating Power Farm" de Gorlov (Marine Technology, vol. 35, n°3, Juillet 1998, pages 175-182, etc . ) . The turbine 30 may be any type of transverse flow turbine. More particularly, it may be a transverse flow turbine in which the blades 48 rotate the shaft 32 under the action of lift forces. By way of example, the transverse flow turbine is a turbine of the Darrieus or Gorlov type, for example, the turbines described in the publication "Helical Turbines for the Gulf Stream: Conceptual Approach to Design of a Large-Scale Floating Power". Farm "from Gorlov (Marine Technology, Vol 35, No. 3, July 1998, pages 175-182, etc.).
Par ailleurs, la demanderesse a déposé un ensemble de demandes de brevet sur des turbines à flux transverse mues par des forces de portance parmi lesquelles on peut mentionner les demandes de brevet PCT/FR2008/051917 (B8450), PCT/FR2011/052781 (B10341) et FRll/56768 (B11141) . Les turbines 30 peuvent correspondre aux turbines décrites dans ces demandes de brevet .  In addition, the applicant has filed a number of patent applications on transverse flow turbines driven by lift forces among which PCT / FR2008 / 051917 (B8450), PCT / FR2011 / 052781 (B10341) may be mentioned. ) and FR11 / 56768 (B11141). The turbines 30 may correspond to the turbines described in these patent applications.
Les figures 4 à 6 représentent trois exemples particuliers de réalisation de turbines 30. A titre d'exemple, il est considéré une turbine 30 de la colonne de turbines 35 d'axe D.  FIGS. 4 to 6 show three particular embodiments of turbines 30. By way of example, it is considered a turbine 30 of the column of turbines 35 of axis D.
A titre d'exemple, comme cela est représenté aux figures 3 à 6, la turbine 30 comprend un moyeu 45 fixé à l'arbre d'entraînement 32 et duquel se projettent des bras 46. Chaque bras 46 porte une aile 48 (ou pale) à son extrémité opposée au moyeu 45. Chaque aile 48 a, par exemple, une forme en "V" à extrémité libre dont la flèche peut varier de -45° à +45°. Dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation D, la section de chaque aile 48 peut correspondre à un profil de type biconvexe symétrique ou dissymétrique, creux, à double courbure, etc. Le bras 56 peut également avoir une forme profilée pour réduire les forces de traînée qui s'y exercent. L'envergure de chaque aile 48, mesurée selon l'axe D, peut varier de 1 à 10 mètres. Dans un plan perpendiculaire à l'axe D, le dit cercle centré sur l'axe D suivi par les ailes 48 possède un diamètre variant de 1 à 10 mètres. La hauteur de la pale 48 rapportée au diamètre (hauteur relative) peut varier de 0,5 à 3.  By way of example, as shown in FIGS. 3 to 6, the turbine 30 comprises a hub 45 fixed to the drive shaft 32 and from which arms 46 project. Each arm 46 carries a wing 48 (or blade ) at its end opposite the hub 45. Each wing 48 has, for example, a shape of "V" free end whose arrow can vary from -45 ° to + 45 °. In a plane perpendicular to the axis of rotation D, the section of each wing 48 may correspond to a symmetrical or asymmetrical biconvex type profile, hollow, double curvature, etc.. The arm 56 may also have a contoured shape to reduce the drag forces exerted thereon. The wingspan of each wing 48, measured along the axis D, may vary from 1 to 10 meters. In a plane perpendicular to the axis D, the said circle centered on the axis D followed by the wings 48 has a diameter ranging from 1 to 10 meters. The height of the blade 48 relative to the diameter (relative height) can vary from 0.5 to 3.
Lorsque la turbine 30 est placée dans un flux d'air ayant une direction perpendiculaire à l'axe D, les pales motrices 48 entraînent l'arbre 32 en rotation autour de l'axe D. Dans la suite de la description, on considérera sans indication contraire que le flux d'air a une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe D. Toutefois, il est clair que lorsque le flux d'air a une direction inclinée par rapport à l'axe D de moins de 90 degrés, les pales motrices 48 entraînent toujours l'arbre 32 en rotation mais avec un rendement qui décroît d'autant plus que l'inclinaison entre la direction du flux d'air et l'axe D est faible. When the turbine 30 is placed in a stream of air having a direction perpendicular to the axis D, the driving blades 48 drive the shaft 32 in rotation about the axis D. In the following description, we will consider without contrary indication that the airflow has a direction substantially perpendicular to the axis D. However, it is clear that when the airflow has a direction inclined with respect to the axis D of less than 90 degrees, the blades 48 drive always drive the shaft 32 in rotation but with a yield decreases especially as the inclination between the direction of the air flow and the axis D is low.
En figure 4, la turbine 30 représentée comprend trois pales 48 en "V" ayant une flèche inversée d'environ -30°. Aux figures 1, 2A, 2B, 3A et 3B, les turbines 30 représentées comprennent trois pales 48 en "V" ayant une flèche inversée.  In FIG. 4, the turbine 30 shown comprises three "V" blades 48 having an inverted arrow of about -30 °. In FIGS. 1, 2A, 2B, 3A and 3B, the turbines 30 shown comprise three "V" blades 48 having an inverted arrow.
La figure 5 est une vue éclatée d'un exemple de réalisation de la turbine 30 dans lequel la turbine 30 peut être réalisée par le montage d'éléments séparés pouvant être assemblés les uns aux autres. Le moyeu 45 et les bras 46 peuvent correspondre à des pièces distinctes. Chaque aile 48 peut être obtenue par le montage d'une portion de liaison 50 et de deux portions d'aile 52. Ceci permet de faciliter le montage et le démontage des turbines. Les portions d'ailes 52 peuvent être avantageusement évidées pour réduire les forces centrifuges.  FIG. 5 is an exploded view of an exemplary embodiment of the turbine 30 in which the turbine 30 can be made by mounting separate elements that can be assembled together. The hub 45 and the arms 46 may correspond to separate parts. Each wing 48 can be obtained by mounting a connecting portion 50 and two wing portions 52. This facilitates the assembly and disassembly of the turbines. The wing portions 52 may be advantageously hollowed out to reduce the centrifugal forces.
En figure 6, la turbine 30 représentée comprend trois pales 48 droites. Chaque pale 48 a un profil aérodynamique d'aile volante défini en section par une corde c et une épaisseur e. A chaque extrémité 53, la pale 48 est évasée, c'est-à-dire que le profil de la pale 48 est modifié de sorte que sa corde reste sensiblement constante et que son épaisseur augmente pour atteindre une valeur emax à l'extrémité 53 supérieure d'au moins 15 % à e. En outre, un dévers est prévu en bout de pale. La hauteur de la pale 48 rapportée au diamètre (hauteur relative) est sensiblement de 1,5. En outre, une ligne de traction 54 anti-flexion relie l'extrémité 53 de chaque pale 48 à l'arbre d'entraînement 32. La ligne de traction 54 peut correspondre à un câble, un filin, une chaîne, un profilé, etc. Ceci permet de lutter contre les forces centrifuges lorsqu'elles sont particulièrement importantes et notamment prépondérantes vis-à-vis des forces aérodynamiques (portance et traînée) .  In Figure 6, the turbine 30 shown comprises three blades 48 straight. Each blade 48 has a flying wing aerodynamic profile defined in section by a rope c and a thickness e. At each end 53, the blade 48 is flared, that is to say that the profile of the blade 48 is modified so that its rope remains substantially constant and its thickness increases to reach an emax value at the end 53 at least 15% greater than e. In addition, a slope is provided at the end of the blade. The height of the blade 48 relative to the diameter (relative height) is substantially 1.5. In addition, an anti-bending pull line 54 connects the end 53 of each blade 48 to the drive shaft 32. The pull line 54 may correspond to a cable, a rope, a chain, a profile, etc. . This makes it possible to fight against centrifugal forces when they are particularly important and in particular preponderant with respect to the aerodynamic forces (lift and drag).
En fonctionnement, il résulte de l'écoulement de l'air autour d'une turbine 30 l'application sur l'arbre de rotation 32 de la turbine 30 d'une force de portance variable au cours d'une révolution dont la direction est perpendiculaire à l'axe D et perpendiculaire à la direction du vent et dont le sens exact dépend du sens de rotation de la turbine 30. La force de portance se surajoute à la force de traînée qui est toujours présente, ces forces étant transmises à la structure de maintien 21 des turbines 30. In operation, it results from the flow of air around a turbine 30 the application on the rotation shaft 32 of the turbine 30 of a variable lift force during a revolution whose direction is perpendicular to the D axis and perpendicular to the wind direction and whose exact direction depends on the direction of rotation of the turbine 30. The lift force is added to the drag force which is always present, these forces being transmitted to the holding structure 21 of the turbines 30 .
Il peut être prévu que les deux colonnes de turbines adjacentes tournent en sens opposé sous l'action d'un flux d'air. Les turbines 30 d'un même étage 20 sont de préférence disposées de façon symétrique par rapport au montant central 42 comme cela est représenté en figure 1. Ceci peut être réalisé par un système d'engrenages reliant les deux colonnes de turbines ou par l'application d'un couple de freinage adapté à chaque colonne de turbines. Etant donné la rotation en sens inverse de deux turbines 30 adjacentes de chaque étage 20, les forces de portance orthogonales à la direction du vent s'annulent mutuellement, ou sont à tout le moins fortement réduites. On réduit, en outre, le moment de roulis que la structure de maintien applique à la coque flottante 14 résultant de la somme des moments associés aux forces de portance de chaque turbine .  It can be expected that the two adjacent turbine columns rotate in opposite directions under the action of an air flow. The turbines 30 of the same stage 20 are preferably arranged symmetrically with respect to the central upright 42 as shown in FIG. 1. This can be achieved by a gear system connecting the two turbine columns or by the application of a braking torque adapted to each column of turbines. Given the reverse rotation of two adjacent turbines of each stage 20, the lift forces orthogonal to the wind direction cancel each other out, or are at least greatly reduced. In addition, the rolling moment that the holding structure applies to the floating hull 14 resulting from the sum of the moments associated with the lift forces of each turbine is reduced.
Ainsi, quand la turbomachine 12 est soumise à l'action du vent, le moment de roulis imposé à la coque flottante 14 est nul ou réduit. En outre, le moment de lacet qu'impose la turbomachine 12 sur la coque flottante 14 est également nul puisque la turbomachine 12 est montée libre en rotation sur la coque flottante 14 comme cela est expliqué plus en détail par la suite en relation avec la figure 9. La turbomachine 12 est alors soumise à une force de traînée qui tend à induire un moment de tangage sur la coque flottante 14.  Thus, when the turbomachine 12 is subjected to the action of the wind, the roll moment imposed on the floating hull 14 is zero or reduced. In addition, the yaw moment imposed by the turbomachine 12 on the floating hull 14 is also zero since the turbomachine 12 is rotatably mounted on the hull 14 as is explained in more detail later in connection with the figure 9. The turbomachine 12 is then subjected to a drag force that tends to induce a pitching moment on the floating hull 14.
Selon un exemple de réalisation, comme cela est représenté sur la figure 1, pour chaque colonne de turbines, chaque turbine 30 est décalée angulairement autour de l'axe de rotation D, D' par rapport à la turbine 30 adjacente située au-dessus ou au- dessous de la même colonne de turbines. Cela permet d'obtenir un couple d'entraînement, au niveau de l'extrémité de l'arbre d'entraînement 32 de la colonne de turbines reliée au générateur électrique, qui est sensiblement uniforme tout au long d'une rotation de 360° de la colonne de turbines 30. Un lissage des pulsations du couple délivré par les pales tournantes est ainsi obtenu. Ce décalage est, par exemple, de 360/ (P*N) degrés pour une colonne de turbines 30 ayant un empilement de N turbines 30, chaque turbine 30 ayant P pales 48. En outre, de tels décalages permettent d'obtenir une structure dissymétrique qui facilite la mise en rotation de la colonne de turbines 30 à partir d'une position d' arrêt . According to an exemplary embodiment, as shown in FIG. 1, for each column of turbines, each turbine 30 is angularly offset around the axis of rotation D, D 'with respect to the adjacent turbine 30 located above or below the same column of turbines. This makes it possible to obtain a driving torque at the end of the drive shaft 32 of the turbine column connected to the generator. electrical, which is substantially uniform throughout a 360 ° rotation of the column of turbines 30. A smoothing of the pulsations of the torque delivered by the rotating blades is thus obtained. This offset is, for example, 360 / (P * N) degrees for a column of turbines 30 having a stack of N turbines 30, each turbine 30 having P blades 48. In addition, such offsets make it possible to obtain a structure asymmetrical which facilitates the rotation of the column of turbines 30 from a stopping position.
La figure 7 est une vue en perspective de la turbomachine 12 de l'éolienne flottante 10 de la figure 1 qui représente, de façon détaillée, la structure des carénages 22.  FIG. 7 is a perspective view of the turbomachine 12 of the floating wind turbine 10 of FIG. 1, which represents, in detail, the structure of the fairings 22.
Chaque carénage 22 d'un étage 20 comprend une portion fixe 56 et un volet mobile 58, appelé volet de montant. Le volet 58 est orienté verticalement et situé dans le prolongement de la portion fixe 56, en aval de la portion fixe 56 selon le sens d'écoulement du vent. A titre d'exemple, le profil global du carénage 22 est de la famille Eppler. Les plateaux 31 sont fixés aux portions fixes 56.  Each shroud 22 of a stage 20 comprises a fixed portion 56 and a movable flap 58, called stud flap. The flap 58 is oriented vertically and located in the extension of the fixed portion 56, downstream of the fixed portion 56 in the direction of flow of the wind. By way of example, the overall profile of the fairing 22 is of the Eppler family. The trays 31 are fixed to the fixed portions 56.
Le volet de montant 58 peut être pivoté par rapport à la portion fixe 56 correspondante, par exemple autour d'un axe B parallèle à l'axe D pour être braqué vers l'extérieur de la turbomachine 12 depuis une position de braquage nul. Dans la suite de la description, il est considéré que l'angle de braquage du volet de montant 58 est positif lorsque le volet de montant 58 a été pivoté depuis la position de braquage nul vers l'extérieur de la turbomachine 12. Lorsque l'angle positif de braquage du volet de montant 58 est augmenté, la courbure du profil du carénage 22 est augmentée, ce qui accroît l'aspiration d'air entre les carénages 22.  The post flap 58 may be pivoted with respect to the corresponding fixed portion 56, for example around an axis B parallel to the axis D to be turned towards the outside of the turbomachine 12 from a zero steering position. In the remainder of the description, it is considered that the steering angle of the stile flap 58 is positive when the stile flap 58 has been pivoted from the zero steering position to the outside of the turbomachine 12. positive steering angle of the stile flap 58 is increased, the curvature of the fairing profile 22 is increased, which increases the air intake between the shrouds 22.
Chaque volet de montant 58 d'un étage 20 peut être déplacé indépendamment du volet de montant 58 d'un autre étage 20. Les systèmes d' actionnement des volets de montant 58, par exemple des systèmes hydrauliques, peuvent être logés dans les carénages 22 pour chaque étage 20. Le volet 58 est, par exemple, un volet de courbure. Le volet de montant 58 peut être un volet à fente, comprenant une fente ou plus d'une fente. Le volet de montant 58 peut avoir la structure d'un volet Fowler. Each stile flap 58 of a stage 20 can be moved independently of the stile flap 58 of another stage 20. The actuating systems of the stile flaps 58, for example hydraulic systems, can be housed in the shrouds 22. for each floor 20. Part 58 is, for example, a component of curvature. The post flap 58 may be a slotted flap, comprising a slit or more than one slit. The amount pane 58 may have the structure of a Fowler pane.
La figure 8 représente, sous la forme d'un schéma-bloc, un exemple de réalisation d'un système de commande du braquage des volets d' étrave 68, des volets de montant 58 et du couple de freinage fourni par la génératrice 74. Le système comprend un module 75 de détermination de l'angle de braquage des volets d' étrave 68, des volets de montant 58 pour chaque étage 20 de la turbomachine 12 et du couple de freinage à appliquer par la génératrice 74.  FIG. 8 represents, in the form of a block diagram, an exemplary embodiment of a steering control system of the bow flaps 68, stile flaps 58 and the braking torque supplied by the generator 74. The system comprises a module 75 for determining the steering angle of the bow flaps 68, the stile flaps 58 for each stage 20 of the turbomachine 12 and the braking torque to be applied by the generator 74.
La turbomachine 12 comprend au moins un capteur 76 de la vitesse du vent incident. De préférence, un capteur 76 de vitesse v du vent indicent est prévu à chaque étage 20 de la turbomachine 12.  The turbomachine 12 comprises at least one sensor 76 of the incident wind speed. Preferably, a sensor 76 of v indicative wind speed is provided at each stage 20 of the turbomachine 12.
L'éolienne flottante 10, 40 comprend, en outre, un module de conversion électromécanique 77 comportant un système 78 de commande de la génératrice 75, relié à la génératrice 74 par un convertisseur 79. Le module 77 comprend, en outre, un module de mesure 80 fournissant un signal représentatif de la vitesse de rotation ω de la colonne 35 de turbines ou des colonnes de turbines et un signal représentatif de la puissance P fournie par la génératrice 74.  The floating wind turbine 10, 40 further comprises an electromechanical conversion module 77 comprising a generator control system 78 connected to the generator 74 by a converter 79. The module 77 further comprises a module measurement 80 providing a signal representative of the rotational speed ω of the column 35 of turbines or columns of turbines and a signal representative of the power P supplied by the generator 74.
Le module 75 comprend un module 83 de détermination de l'angle de braquage des volets de montant 58. Le module 83 est relié au module de mesure 80 et au capteur 76. Le module 83 détermine, pour chaque volet de montant 58, un angle de braquage en fonction de la vitesse v du vent incident à l'étage 20 considéré et de la vitesse de rotation ω et transmet des signaux de commande au système électromécanique de pivotement du volet de montant 58 pour faire pivoter le volet de montant 58 dudit angle de braquage.  The module 75 comprises a module 83 for determining the steering angle of the stile flaps 58. The module 83 is connected to the measurement module 80 and to the sensor 76. The module 83 determines, for each strut component 58, an angle as a function of the speed v of the wind incident at the stage 20 in question and the speed of rotation ω and transmits control signals to the electromechanical pivoting system of the stile flap 58 to rotate the stile flap 58 of said angle turning.
Le module 75 comprend un module 84 de détermination de l'angle de braquage des volets d' étrave 68. Le module 84 est relié au module de mesure 80 et au capteur 76. Le module 84 détermine, pour chaque volet d' étrave 68, un angle de braquage en fonction de la vitesse v du vent incident à l'étage 20 considéré et de la vitesse de rotation ω et transmet des signaux de commande au système électromécanique de pivotement du volet d'étrave 68 pour faire pivoter le volet d'étrave 68 dudit angle de braquage. The module 75 comprises a module 84 for determining the steering angle of the bow flaps 68. The module 84 is connected to the measurement module 80 and the sensor 76. The module 84 determines, for each bow flap 68, a steering angle as a function of the speed v of the incident wind at the stage 20 considered and the rotational speed ω and transmits control signals to the electromechanical system for pivoting the bow flap 68 to pivot the bow flap 68 of said steering angle.
Le module 75 comprend un module 85 de détermination du couple de freinage à appliquer par la génératrice 74. Le module 85 est relié au module 80. Le module 85 détermine le couple de freinage à appliquer par la génératrice 74 en fonction de la puissance P fournie par la génératrice 74 et la vitesse de rotation ω de la colonne de turbines .  The module 75 comprises a module 85 for determining the braking torque to be applied by the generator 74. The module 85 is connected to the module 80. The module 85 determines the braking torque to be applied by the generator 74 as a function of the power P supplied. by the generator 74 and the rotational speed ω of the turbine column.
Selon un exemple de réalisation, la régulation aérodynamique du fonctionnement de l'éolienne flottante 10, est réalisée par le braquage des volets d'étrave 68 et le braquage des volets de montant 58.  According to an exemplary embodiment, the aerodynamic regulation of the operation of the floating wind turbine 10 is achieved by the turning of the bow flaps 68 and the turning of the stile flaps 58.
Une augmentation de l'angle de braquage du volet d'étrave 68 vers l'extérieur de l'étrave entraîne une occultation plus ou moins importante du flux d'air atteignant la turbine 30.  An increase in the steering angle of the bow flap 68 towards the outside of the bow causes a more or less significant occultation of the air flow reaching the turbine 30.
Par ailleurs, une augmentation de l'angle de braquage du volet de montant 58 vers l'extérieur de la turbomachine 12 entraîne une augmentation du coefficient de portance du carénage 22, la force de portance exercée sur le carénage 22 étant orientée sensiblement selon la direction horizontale. Cela se traduit par une accélération du flux d'air pénétrant entre les volets de montant 58 pour l'éolienne flottante 10 ou entre chaque volet de montant 58 et le montant central 42 pour l'éolienne flottante 40, ce qui permet d'augmenter la vitesse vue par la turbine 30 pour une vitesse incidente du vent donnée. Il en résulte une augmentation de la puissance collectée par la turbine 30 qui croît comme le cube de la vitesse vue par la turbine 30.  Furthermore, an increase in the steering angle of the stile flap 58 to the outside of the turbomachine 12 causes an increase in the lift coefficient of the shroud 22, the lift force exerted on the shroud 22 being oriented substantially in the direction horizontal. This results in an acceleration of the penetrating air flow between the stile flaps 58 for the floating wind turbine 10 or between each stile flap 58 and the central upright 42 for the floating wind turbine 40, which makes it possible to increase the speed seen by the turbine 30 for an incident wind speed given. This results in an increase in the power collected by the turbine 30 which increases as the cube of the speed seen by the turbine 30.
Dans la suite de la description, on appelle vD la vitesse v du vent à partir de laquelle la colonne 35 de turbines 30 commence à tourner, vn la vitesse nominale du vent qui est la vitesse pour laquelle la puissance recueillie par la colonne de turbines 35 est maximale et vc la vitesse de coupure qui est la vitesse maximale admissible à partir de laquelle la turbomachine doit être mise hors service afin d'éviter tout dommage matériel. La régulation aérodynamique par rapport au vent du fonctionnement de l'éolienne flottante 10, 40 vise à satisfaire différentes contraintes, en coordination avec la régulation par l'électronique de puissance de la génératrice électrique 74. Plus précisément il s'agit : In the remainder of the description, the velocity v of the wind from which the column of turbines 30 begins to rotate is called v D , v n the nominal speed of the wind, which is the speed for which the power collected by the column of turbines 35 is maximum and v c the cutoff speed which is the maximum permissible speed from which the turbomachine must be taken out of service in order to avoid any material damage. The aerodynamic regulation with respect to the wind of the operation of the floating wind turbine 10, 40 aims at satisfying various constraints, in coordination with the regulation by the power electronics of the electric generator 74. More precisely, it concerns:
(i) de démarrer la colonne de turbines à une vitesse du vent vD faible ; (i) starting the column of turbines at a low wind speed v D ;
(ii) d'optimiser le régime de conversion de l'énergie, pour une vitesse du vent qui varie de la vitesse à la vitesse vn ; (ii) optimizing the energy conversion regime, for a wind speed that varies from speed to speed v n ;
(iii) de limiter la puissance collecté P à la puissance nominale Pn pour une vitesse de vent strictement supérieure à vn ; et (iii) limiting the collected power P to the nominal power P n for a wind speed strictly greater than v n ; and
(iv) de protéger la partie mécanique de l'éolienne par des systèmes d'arrêt d'urgence lorsque la vitesse du vent est strictement supérieure à vc (qui est par exemple de l'ordre de 90km/h) , ces systèmes pouvant être par exemple aérodynamiques ou mécaniques via un frein sur l'arbre qui attaque la génératrice. (iv) protect the mechanical part of the wind turbine by emergency stop systems when the wind speed is strictly greater than v c (which is for example of the order of 90km / h), these systems being able to for example be aerodynamic or mechanical via a brake on the shaft that attacks the generator.
Les braquages des volets d' étrave 68 et des volets de montant 58 peuvent être réalisés selon les phases suivantes pour satisfaire les contraintes décrites précédemment :  The deflections of the bow flaps 68 and the jamb flaps 58 may be made according to the following phases to satisfy the constraints described above:
(a) Pour démarrer la rotation de la turbine 30 à la vitesse vD et lorsque la vitesse du vent varie de vD à vn, le volet de montant 58 pour chaque étage 20 est braqué vers l'extérieur de la turbomachine 12 pour rechercher une augmentation de la puissance collectée sans toutefois que la traînée ne soit trop importante. L'angle de braquage positif peut être fixe lorsque la vitesse du vent varie de vD à vn. La puissance maximale Pmax est alors obtenue en utilisant la stratégie de commande de la génératrice 74 appelée stratégie MPPT (acronyme anglais pour Maximum Power Point Tracking) qui permet de régler automatiquement la vitesse spécifique λ=ωκ/ν, R étant le rayon maximal de la turbine 30 et ω étant la vitesse de rotation de la turbine 30, à sa valeur optimale Amax de manière à obtenir le coefficient de puissance maximale. Le coefficient de puissance, ou coefficient de performance, de la colonne de turbines indique l'efficacité avec laquelle l'éolienne convertit l'énergie mécanique du vent en électricité. Lors de cette phase dans laquelle, la puissance fournie Pmax reste inférieure à la puissance nominale Pn et ω croit avec v, le couple Pmax/c») est imposé sur la commande de la génératrice . (a) To start the rotation of the turbine 30 at the speed v D and when the wind speed varies from v D to v n , the strut flap 58 for each stage 20 is turned outwardly of the turbomachine 12 to seek an increase in the power collected without the drag being too great. The positive steering angle can be fixed when the wind speed varies from v D to v n . The maximum power P max is then obtained by using the control strategy of the generator 74 called the MPPT (Maximum Power Point Tracking) strategy which makes it possible to automatically adjust the specific speed λ = ωκ / ν, where R is the maximum radius of the turbine 30 and ω being the rotational speed of the turbine 30, at its optimum value A max so as to obtain the maximum power coefficient. The coefficient of power, or coefficient of performance, of the column of turbines indicates the efficiency with which the wind turbine converts the mechanical energy of the wind into electricity. During this phase in which, the supplied power P max remains lower than the nominal power P n and ω increases with v, the torque P max / c ") is imposed on the control of the generator.
L'angle de braquage des volets de montant 58 peut être différent d'un étage à l'autre. Par exemple, pour les étages inférieurs, il est souhaitable que le coefficient de portance Cz du carénage 22 soit plus élevé que dans les étages supérieurs. L'angle de braquage du volet de montant 58 peut alors être important.  The steering angle of the stile flaps 58 may be different from one floor to another. For example, for the lower stages, it is desirable that the lift coefficient Cz of the shroud 22 is higher than in the upper stages. The steering angle of the stile flap 58 can then be important.
(b) Lorsque la vitesse du vent est supérieure à la vitesse vn et inférieure à la vitesse de coupure vc, correspondant à la phase d'écrêtage de la puissance récupérée, il est nécessaire de jouer de surcroit sur la réduction de l'angle de braquage du volet de montant 58 , ce qui correspond à une commande bi-variable. Dès que la vitesse de rotation ω excède la vitesse de rotation nominale de la colonne de turbines, une loi de fermeture progressive du volet de montant 58 en fonction de ω est imposée et simultanément, un couple égal à Pn/ Cû est imposé sur la commande de la génératrice. (b) When the wind speed is greater than the speed v n and lower than the cut-off speed v c , corresponding to the clipping phase of the recovered power, it is necessary to play in addition to the reduction of the steering angle of the amount flap 58, which corresponds to a bi-variable control. As soon as the rotational speed ω exceeds the nominal rotational speed of the column of turbines, a progressive closure law of the amount flap 58 as a function of ω is imposed and simultaneously, a torque equal to P n / Cû is imposed on the control of the generator.
Lorsque l'angle de braquage du volet de montant 58 s'approche de la valeur nulle, le volet d'étrave 68 peut prendre le relais du volet précédent. Le volet d'étrave 68 est progressivement ouvert vers l'extérieur, de façon à réduire le flux du vent incident qui entre le carénage 22 et le montant central 42, en occultant progressivement le conduit en aval de la turbine 30 pour réduire la vitesse vue par la turbine 30. L'occultation du passage du flux d'air par le volet d'étrave 68 peut être réalisée de façon continue ou par à-coups.  When the steering angle of the amount flap 58 approaches the zero value, the bow flap 68 can take over from the previous flap. The bow flap 68 is progressively open towards the outside, so as to reduce the flow of the incident wind which enters the fairing 22 and the central upright 42, progressively obscuring the duct downstream of the turbine 30 to reduce the speed of view. by the turbine 30. The concealment of the passage of the air flow by the bow flap 68 can be carried out continuously or by jerks.
(c) Lorsque la vitesse du vent est supérieure ou égale à la vitesse de coupure vc, l'angle de braquage du volet de montant 58 demeure sensiblement nul et le volet d'étrave 68 est ouvert à sa valeur maximale de braquage vers l'extérieur. (c) When the wind speed is greater than or equal to the cutoff speed v c , the steering angle of the stile flap 58 remains substantially zero and the bow flap 68 is open at its maximum steering value to the 'outside.
Lorsque la vitesse du vent est sensiblement uniforme sur toute la hauteur de la turbomachine 12, la commande de l'angle de braquage du volet de montant 58 peut être identique pour chaque étage 20. De même, la commande de l'angle de braquage volet d' étrave 68 peut être identique pour chaque étage 20. Toutefois, dans le cas où le vent incident n'a pas la même vitesse sur toute la hauteur de la turbomachine 12, en particulier, dans le cas où la vitesse du vent diminue lorsque l'on s'approche de la surface 18 de la mer, l'angle de braquage du volet de montant 58 dans la phase (a) peut être d'autant plus important que l'étage 20 est proche de la surface 18 de la mer comme cela est représenté en figure 7. When the wind speed is substantially uniform over the entire height of the turbomachine 12, the control of the angle of Turning of the stile flap 58 may be identical for each stage 20. Similarly, the control of the steering angle of the bow flap 68 may be identical for each stage 20. However, in the case where the incident wind not the same speed over the entire height of the turbomachine 12, in particular, in the case where the wind speed decreases when approaching the surface 18 of the sea, the steering angle of the amount flap 58 in phase (a) can be all the more important as the stage 20 is close to the surface 18 of the sea as shown in FIG.
L'augmentation de l'angle de braquage positif des volets de montant 58 des étages 20 supérieurs vers les étages 20 inférieurs permet de compenser la réduction de la vitesse du vent au voisinage de la surface 18 de la mer. La vitesse du flux d'air qui atteint la turbine 30 à chaque étage 20 est alors uniformisée suivant la direction verticale. On obtient ainsi une uniformisation des conditions optimales de rotation des turbines 30.  Increasing the positive steering angle of the riser flaps 58 from the upper stages to the lower stages compensates for the reduction of the wind speed in the vicinity of the sea surface. Air reaching the turbine 30 at each stage 20 is then uniformized in the vertical direction. This gives a uniformity of the optimal conditions of rotation of the turbines 30.
Dans la phase d' écrêtage de la puissance récupérée une loi de fermeture progressive volet de montant 58 avec la vitesse de rotation ω spécifique à chaque étage doit être définie de sorte que la puissance produite par chaque turbine soit uniformisée. Cela est possible si la vitesse v est mesurée à chaque étage et si le coefficient de puissance d'une turbine carénée est connu en fonction de la vitesse spécifique et de l'angle de braquage.  In the clipping phase of the recovered power, a progressive closure law of the amount flap 58 with the speed of rotation ω specific to each stage must be defined so that the power produced by each turbine is standardized. This is possible if the speed v is measured at each stage and if the power coefficient of a streamlined turbine is known as a function of the specific speed and the steering angle.
La présence de la structure de maintien fait que l'éolienne selon l'invention peut comprendre un empilement de plusieurs turbines. En outre, l'utilisation des volets d' étrave 68 et des volets de montant 58 permet de faire fonctionner le plus possible les turbines dans des conditions nominales. Le rendement de l'éolienne selon l'invention est donc amélioré.  The presence of the holding structure makes the wind turbine according to the invention can comprise a stack of several turbines. In addition, the use of bow flaps 68 and jamb flaps 58 makes it possible to operate the turbines as much as possible under nominal conditions. The efficiency of the wind turbine according to the invention is therefore improved.
En outre, par rapport à une turbine pour laquelle la régulation du comportement aérodynamique de la turbine 30 est obtenue par l'utilisation de pales à angle de calage variable, le dispositif de régulation selon la présente invention permet avantageusement d'obtenir une structure plus simple et plus fiable. En effet, les pales sont des organes en mouvement lors du fonctionnement de la turbine alors que, dans la présente invention, l'ajustement est réalisé par les volets d' étrave 68 qui sont des organes fixes en fonctionnement. Le découplage entre la régulation et la collecte d'énergie rend aussi la maintenance plus aisée et un contrôle simple et efficace, éventuellement en cours de fonctionnement . In addition, with respect to a turbine for which the regulation of the aerodynamic behavior of the turbine 30 is obtained by the use of blades with variable pitch angle, the regulating device according to the present invention advantageously makes it possible to obtain a simpler structure and more reliable. Indeed, the blades are moving parts during the turbine operation whereas, in the present invention, the adjustment is achieved by the bow flaps 68 which are fixed members in operation. The decoupling between regulation and energy collection also makes maintenance easier and a simple and effective control, possibly during operation.
Les volets d' étrave 68 ont une fonction supplémentaire puisqu'ils permettent de conférer à la turbomachine une forme globalement profilée, en forme de proue de navire, qui permet de compenser le moment de tangage sur la coque flottante 14 dû à la traînée aérodynamique qui tend à faire basculer la turbomachine 12 vers l'arrière. Outre l'effet de la traînée aérodynamique, s'ajoute l'effet du poids de la turbomachine 12 qui se manifeste dès que la turbomachine 12 est inclinée par rapport à la direction verticale. A titre d'exemple, les volets d' étrave 68 peuvent être braqués avant que les volets de montant 58 n'atteignent un angle de braquage nul, et de façon coordonnée avec ces derniers pour écrêter la puissance récupérée à Pn pour ajuster le moment piqueur compensant le moment de tangage alors que la vitesse du vent varie de la vitesse vD à la vitesse vn. The bow flaps 68 have an additional function since they make it possible to give the turbine engine a generally shaped shape, in the shape of a ship's bow, which makes it possible to compensate the pitching moment on the floating hull 14 due to the aerodynamic drag which tends to tilt the turbomachine 12 to the rear. In addition to the effect of the aerodynamic drag, is added the effect of the weight of the turbomachine 12 which manifests itself as soon as the turbomachine 12 is inclined relative to the vertical direction. For example, the bow flaps 68 can be turned before the stile flaps 58 reach a zero steering angle, and in a coordinated manner with the latter to clip the recovered power to P n to adjust the moment. stitcher compensating the pitching moment while the wind speed varies from the speed v D to the speed v n .
Dans un exemple de réalisation, la régulation aérodynamique du fonctionnement de l'éolienne flottante 10 est réalisée seulement par le braquage des volets d' étrave 68. En particulier, par rapport à la phase (b) décrite précédemment, lorsque la vitesse du vent est supérieure à la vitesse vn et inférieure à la vitesse de coupure vc, le mouvement de braquage du volet d' étrave 68 comprend une augmentation progressive de l'angle de braquage du volet d' étrave 68. In an exemplary embodiment, the aerodynamic regulation of the operation of the floating wind turbine 10 is achieved only by the steering of the bow flaps 68. In particular, compared with the phase (b) described above, when the wind speed is greater than the speed v n and less than the cutoff speed v c , the steering movement of the bow flap 68 includes a progressive increase in the steering angle of the bow flap 68.
En outre, par rapport à la phase (c) décrite précédemment, lorsque la vitesse du vent est supérieure ou égale à la vitesse de coupure vc, le volet d' étrave 68 est ouvert au maximum vers l'extérieur de la turbomachine 12. In addition, compared to the phase (c) described above, when the wind speed is greater than or equal to the cutoff speed v c , the bow flap 68 is open to the maximum outwardly of the turbomachine 12.
Un avantage de l'exemple de réalisation dans lequel les volets de montant 58 ne sont pas présents, est de réduire le nombre de volets mobiles de l'éolienne flottante 10, à commander et donc de simplifier la structure de l'éolienne flottante 10 en réduisant de moitié le nombre de volets mobiles. An advantage of the exemplary embodiment in which the stile flaps 58 are not present, is to reduce the number of movable flaps of the floating wind turbine 10, to be controlled and therefore to simplify the structure of the floating wind turbine 10 by halving the number of movable flaps.
La figure 9 est une section, partielle et schématique, du châssis 21 d'un étage 20 de l'éolienne flottante 40 et représente le montant central 42 et les carénages 22. En figure 9, la section du châssis est symétrique par rapport à l'axe de symétrie S.  FIG. 9 is a section, partial and schematic, of the frame 21 of a stage 20 of the floating wind turbine 40 and represents the central upright 42 and the shrouds 22. In FIG. 9, the section of the chassis is symmetrical with respect to the axis of symmetry S.
L'entraînement en rotation de la turbomachine 12 par rapport au flotteur 14 peut être réalisé sans assistance motorisée par l'intermédiaire des carénages 22 et du montant central 42 qui tendent naturellement à maintenir l'axe de symétrie S de l'éolienne 12 parallèle à la direction C du vent en fonctionnement normal. En effet, la portion 44 en aval du montant central 42 joue le rôle d'un empennage et oriente naturellement le montant central 42 parallèlement à la direction C. En outre, chaque carénage 22 a, en section, la forme d'une aile ayant une corde dont l'inclinaison par rapport à l'axe de symétrie S est définie par un angle β. L'angle β correspond donc à l'angle d'incidence de cette aile en fonctionnement normal de l'éolienne 12.  The rotational drive of the turbomachine 12 with respect to the float 14 can be achieved without motorized assistance via fairings 22 and the central upright 42 which naturally tend to maintain the axis of symmetry S of the wind turbine 12 parallel to the direction C of the wind in normal operation. Indeed, the portion 44 downstream of the central pillar 42 acts as a tail and naturally directs the central upright 42 parallel to the direction C. In addition, each fairing 22 has, in section, the shape of a wing having a rope whose inclination with respect to the axis of symmetry S is defined by an angle β. The angle β thus corresponds to the angle of incidence of this wing during normal operation of the wind turbine 12.
Lors d'une perturbation, l'axe de symétrie S est incliné d'un angle Δ avec la direction C. L'angle d'incidence de l'empennage 44 est Δ. La somme des forces de traînée et de portance au centre de poussée de l'empennage 44 (représentée en figure 9 par la flèche 87) induit un moment sur l'axe de rotation A qui tend à replacer la turbomachine 12 de façon à aligner l'axe de symétrie S avec la direction C. En outre, l'angle d'incidence du carénage 22 le plus incliné (carénage 22 à gauche en figure 9) par rapport à la direction C devient β + Δ et l'angle d'incidence du carénage 22 le moins incliné (carénage 22 à droite en figure 9) par rapport à la direction C devient β - Δ. Pour chaque carénage 22, la somme des forces de traînée et de portance au centre de poussée du carénage 22 (représentée par la flèche 88 pour le carénage 22 à gauche en figure 9 et par la flèche 89 pour le carénage 22 à droite en figure 9 induit un moment sur l'axe de rotation A de la turbomachine 12. Le moment dû au carénage 22 le plus incliné est supérieur au moment dû au carénage 22 le moins incliné. Si les centres de poussée des carénages 22 sont disposés en aval de l'axe de rotation A de la turbomachine 12, la somme des moments associés à toutes ces forces tend à replacer la turbomachine 12 de façon à aligner l'axe de symétrie S avec la direction C. During a disturbance, the axis of symmetry S is inclined at an angle Δ with the direction C. The angle of incidence of empennage 44 is Δ. The sum of the drag and lift forces at the thrust center of the empennage 44 (represented in FIG. 9 by the arrow 87) induces a moment on the axis of rotation A which tends to replace the turbomachine 12 so as to align the the axis of symmetry S with the direction C. In addition, the angle of incidence of the most inclined fairing 22 (fairing 22 on the left in FIG. 9) with respect to the direction C becomes β + Δ and the angle of incidence of fairing 22 less inclined (fairing 22 to the right in Figure 9) relative to the direction C becomes β - Δ. For each fairing 22, the sum of the drag and lift forces at the center of the shroud 22 (represented by the arrow 88 for the fairing 22 on the left in Figure 9 and by the arrow 89 for the fairing 22 on the right in Figure 9 It induces a moment on the axis of rotation A of the turbomachine 12. The moment due to the most inclined fairing 22 is greater than the moment due to the least inclined shroud 22. shrouds 22 are arranged downstream of the axis of rotation A of the turbomachine 12, the sum of the moments associated with all these forces tends to replace the turbomachine 12 so as to align the axis of symmetry S with the direction C.
Ainsi pour les éoliennes flottantes 10, l'orientation naturelle (passive) de la structure de maintien de la turbomachine 12 est proche d'une situation symétrique, face au vent. De façon avantageuse, aucune commande en lacet n'est nécessaire.  Thus, for floating wind turbines 10, the natural (passive) orientation of the holding structure of the turbomachine 12 is close to a symmetrical situation facing the wind. Advantageously, no yaw control is necessary.
La figure 10 représente une vue en perspective schématique d'un exemple de réalisation dans laquelle des panneaux photovoltaiques 90 sont fixés aux carénages 22 de l'éolienne flottante 10 de la figure 1. Les panneaux photovoltaiques 90 peuvent, en outre, être fixés au montant central 42. A titre de variante, les panneaux photovoltaiques 90 peuvent n'être fixés qu'au montant central 42.  FIG. 10 represents a schematic perspective view of an exemplary embodiment in which photovoltaic panels 90 are fixed to the fairings 22 of the floating wind turbine 10 of FIG. 1. The photovoltaic panels 90 can, in addition, be fixed to the upright 42. As a variant, the photovoltaic panels 90 may be fixed only to the central upright 42.
A titre de variante, les panneaux photovoltaiques 90 peuvent être remplacés, en totalité ou en partie, par des photobioréacteurs, par exemple des photobioréacteurs solaires, notamment des photobioréacteurs solaires plans. Il s'agit de systèmes assurant la production de micro-organismes photosynthétiques .  As a variant, the photovoltaic panels 90 may be replaced, in whole or in part, by photobioreactors, for example solar photobioreactors, in particular planar solar photobioreactors. These are systems that produce photosynthetic micro-organisms.
Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaissent à l'homme de l'art. En particulier, des exemples de réalisation d' éoliennes flottantes comprenant deux colonnes de turbines ont été décrits. Toutefois, il est clair que l'invention peut être mise en oeuvre pour des éoliennes flottantes comprenant plus de deux colonnes de turbines. Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont été décrits ci-dessus. On note que l'homme de l'art peut combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité inventive.  Particular embodiments of the present invention have been described. Various variations and modifications occur to those skilled in the art. In particular, exemplary embodiments of floating wind turbines comprising two columns of turbines have been described. However, it is clear that the invention can be implemented for floating wind turbines comprising more than two columns of turbines. Various embodiments with various variants have been described above. It is noted that one skilled in the art can combine various elements of these various embodiments and variants without being creative.

Claims

REVENDICATIONS
1. Eolienne flottante (10) comprenant un flotteur (14) et une turbomachine (12) reposant sur le flotteur, la turbomachine (12) comprenant des première et deuxième colonnes (35) de turbines (30) à flux transverse et une structure de maintien (21) des turbines, la structure de maintien comprenant, pour chaque paire de turbines adjacentes comprenant une première turbine de la première colonne et une deuxième turbine de la deuxième colonne, un montant central vertical (42) entre les turbines et des montants latéraux (22) verticaux du côté des turbines de ladite paire opposé au montant central, le montant central se prolongeant vers l'amont, selon la direction d'écoulement du vent, par une pièce en saillie (44), appelée étrave, ladite étrave comprenant au moins deux volets verticaux mobiles (68), appelés volets d'étrave, l'un des volets d'étrave étant situé du côté de la première turbine et l'autre volet d'étrave étant situé du côté de la deuxième turbine. A floating wind turbine (10) comprising a float (14) and a turbomachine (12) resting on the float, the turbomachine (12) comprising first and second columns (35) of transverse flow turbines (30) and a structure maintaining (21) the turbines, the holding structure comprising, for each pair of adjacent turbines comprising a first turbine of the first column and a second turbine of the second column, a vertical central upright (42) between the turbines and lateral uprights (22) vertical side turbines of said pair opposite the central upright, the central upright extending upstream, in the direction of flow of the wind, by a projecting piece (44), called bow, said bow comprising at least two movable vertical flaps (68), called bow flaps, one of the bow flaps being located on the side of the first turbine and the other bow flap being located on the side of the second turbine.
2. Eolienne flottante selon la revendication 1, dans laquelle les volets d'étrave (68) associés aux paires de turbines adjacentes sont mobiles indépendamment les uns des autres.  A floating wind turbine according to claim 1, wherein the bow flaps (68) associated with the adjacent turbine pairs are movable independently of one another.
3. Eolienne flottante selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle chaque volet d'étrave (68) est mobile en pivotement autour d'un axe vertical (B, B') situé en amont de l' étrave (44) .  3. A floating wind turbine according to claim 1 or 2, wherein each bow flap (68) is pivotally movable about a vertical axis (B, B ') located upstream of the bow (44).
4. Eolienne flottante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant, pour au moins l'un des volets d'étrave (68), un système de commande (75) du braquage dudit volet d'étrave adapté à commander le braquage dudit volet d'étrave vers l'extérieur de l'étrave (44), lorsque la vitesse du vent est supérieure à la vitesse de fonctionnement nominale de la turbine (30) associée audit volet d'étrave.  4. A floating wind turbine according to any one of claims 1 to 3, comprising, for at least one of the bow flaps (68), a control system (75) of the steering of said bow flap adapted to control the steering said bow flap out of the bow (44) when the wind speed is greater than the nominal operating speed of the turbine (30) associated with said bow flap.
5. Eolienne flottante selon la revendication 4, dans laquelle le système de commande (75) du braquage dudit volet d'étrave (68) est adapté à commander le braquage maximal dudit volet d'étrave vers l'extérieur jusqu'à une occultation d'au moins la moitié du maître-couple d'une turbine, lorsque la vitesse du vent est supérieure à la vitesse de coupure de l'éolienne. 5. A floating wind turbine according to claim 4, wherein the steering system (75) of the steering of said bow flap (68) is adapted to control the maximum deflection of said bow flap outwardly to a concealment of the bow flap. at least half of the master-torque of a turbine, when the wind speed is greater than the cut-off speed of the wind turbine.
6. Eolienne flottante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant, pour chaque montant latéral (22) , un volet vertical (58) , appelé volet de montant, en aval du montant (22) suivant la direction du vent, le volet de montant étant en pivotement mobile par rapport au montant (22), l'éolienne comprenant, pour au moins l'un des volet de montant, un système de commande (75) du braquage dudit volet de montant adapté à commander le braquage dudit volet de montant vers l'extérieur de l'éolienne, lorsque la vitesse du vent est inférieure à la vitesse de fonctionnement nominale de la turbine (30) associée audit volet de montant . 6. A floating wind turbine according to any one of claims 1 to 5, comprising, for each side upright (22), a vertical flap (58), called upright flap, downstream of the upright (22) in the direction of the wind, the stile flap being pivotally movable relative to the upright (22), the wind turbine comprising, for at least one of the upright flap, a control system (75) of the steering of said upright flap adapted to control the steering said windshield flap outwardly of the wind turbine, when the wind speed is lower than the nominal operating speed of the turbine (30) associated with said post flap.
7. Eolienne flottante selon la revendication 6, dans laquelle l'angle de braquage dudit volet de montant (58) vers l'extérieur de l'éolienne est constant lorsque la vitesse du vent est inférieure à la vitesse de fonctionnement nominale de la turbine (30) associée audit volet de montant.  The floating wind turbine according to claim 6, wherein the steering angle of said post flap (58) to the outside of the wind turbine is constant when the wind speed is lower than the nominal operating speed of the turbine ( 30) associated with said amount component.
8. Eolienne flottante selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle l'éolienne (12) est adaptée à pivoter par rapport au flotteur (14) autour d'un axe de pivotement (A) situé en amont du centre de poussée des montants verticaux (22) par rapport à la direction du vent.  8. A floating wind turbine according to any one of claims 1 to 7, wherein the wind turbine (12) is adapted to pivot relative to the float (14) about a pivot axis (A) located upstream of the center of pushing the uprights (22) relative to the direction of the wind.
9. Eolienne flottante selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans laquelle la structure de maintien (21) comprend, pour chaque turbine (30) , au moins un plateau horizontal (31) fixé aux montants latéraux (22), la turbine étant reliée au plateau horizontal par une liaison pivotante (34) , chaque montant latéral comprenant au moins une portion (56) à laquelle est fixé le plateau, le volet de montant (58) étant mobile par rapport à la portion .  9. A floating wind turbine according to any one of claims 6 to 8, wherein the holding structure (21) comprises, for each turbine (30), at least one horizontal plate (31) attached to the lateral uprights (22), the turbine being connected to the horizontal plate by a pivoting connection (34), each lateral upright comprising at least a portion (56) to which the plate is fixed, the upright flap (58) being movable relative to the portion.
10. Eolienne flottante selon la revendication 9, comprenant un système d'inversion du sens de rotation des turbines (30) de la première colonne (35) par rapport au sens de rotation des turbines de la deuxième colonne, les turbines de chaque paire de turbines adjacentes comprenant une turbine de la première colonne (35) et une turbine de la deuxième colonne étant disposées de façon symétrique par rapport au montant central (42) . 10. A floating wind turbine according to claim 9, comprising a system for reversing the direction of rotation of the turbines (30) of the first column (35) with respect to the direction of rotation of the turbines of the second column, the turbines of each pair of adjacent turbines comprising a turbine of the first column (35) and a turbine of the second column being arranged symmetrically with respect to the central upright (42).
11. Eolienne flottante selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant, en outre, au moins un générateur électrique (74) entraîné par les turbines (30) et logé dans le flotteur (14) .  11. A floating wind turbine according to any one of claims 1 to 10, further comprising at least one electric generator (74) driven by the turbines (30) and housed in the float (14).
12. Eolienne flottante selon la revendication 11, dans laquelle chaque turbine (30) comprend un arbre d'entraînement (32), les arbres d'entraînement des turbines de la première colonne (35) étant reliés les uns aux autres et les arbres d'entraînement des turbines de la deuxième colonne étant reliés les uns aux autres, l'arbre d'entraînement de la turbine à la base de la première et/ou deuxième colonne de turbines étant relié au générateur électrique (74) .  The floating wind turbine according to claim 11, wherein each turbine (30) comprises a drive shaft (32), the turbine drive shafts of the first column (35) being connected to each other and the turbine shafts (30). driving the turbines of the second column being connected to each other, the drive shaft of the turbine at the base of the first and / or second column of turbines being connected to the electric generator (74).
13. Eolienne flottante selon la revendication 12, dans laquelle chaque turbine (30) comprend des pales (48) entraînant en rotation l'arbre d'entraînement (32) et dans laquelle, pour au moins des première et deuxième turbines d'au moins l'une des première et deuxième colonnes (35) tournant dans le même sens de rotation, les pales de la première turbine sont décalées angulairement par rapport aux pales de la deuxième turbine .  13. A floating wind turbine according to claim 12, wherein each turbine (30) comprises blades (48) driving the drive shaft (32) in rotation and in which, for at least first and second turbines of at least one of the first and second columns (35) rotating in the same direction of rotation, the blades of the first turbine are angularly offset from the blades of the second turbine.
14. Eolienne flottante selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, comprenant, en outre, au moins un panneau photovoltaique (90) fixé à l'un des montants latéraux (22) ou au montant central vertical (42) .  14. A floating wind turbine according to any one of claims 1 to 13, further comprising at least one photovoltaic panel (90) attached to one of the lateral uprights (22) or vertical upright (42).
15. Eolienne flottante selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, comprenant des lignes d'ancrage (16) destinées à relier le flotteur (14) au fond marin.  15. A floating wind turbine according to any one of claims 1 to 14, comprising anchor lines (16) for connecting the float (14) to the seabed.
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