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WO2015001229A1 - Dispositif hybride de production d'énergie électrique - Google Patents

Dispositif hybride de production d'énergie électrique Download PDF

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WO2015001229A1
WO2015001229A1 PCT/FR2014/051610 FR2014051610W WO2015001229A1 WO 2015001229 A1 WO2015001229 A1 WO 2015001229A1 FR 2014051610 W FR2014051610 W FR 2014051610W WO 2015001229 A1 WO2015001229 A1 WO 2015001229A1
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WO
WIPO (PCT)
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liquid
turbine
wind turbine
central compartment
pump
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/FR2014/051610
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English (en)
Inventor
Jean-Luc LONGEROCHE
Philippe MAGALDI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Geps Innov SAS
Original Assignee
Geps Innov SAS
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Publication date
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    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Definitions

  • the present invention relates to a device for producing electrical energy from moving fluids in an open medium.
  • the invention finds particular applications in the field of renewable energies.
  • the wind, the currents, the swell and the sun, and the thermal energy of the seas are naturally and renewable energies.
  • the above-mentioned electrical power generation device comprises:
  • a wave energy device comprising:
  • At least a first turbine disposed in the central compartment and coupled to an alternator connected to a power supply line of an installation outside the device and located at a distance.
  • microwave-forming device covers any device, including floating, comprising the aforementioned elements with the characteristics indicated: the oscillating container, with its peripheral compartment, the first turbine, etc. ..
  • peripheral compartment indicates the presence of "at least one" such element
  • a corollary problem relates to how to achieve the coupling means to ensure a powerful solution, simple to set up and maintain (possible remote from the device vis-à-vis the coast at sea).
  • These coupling means comprise generator means for converting into electricity the mechanical energy from the tidal turbine and / or the wind turbine and supply this electricity to the pump to operate.
  • the tidal turbine and / or wind turbine comprise (nnent) an output shaft driven in rotation by blades of the tidal turbine and / or the wind turbine and the generator means comprise an alternator coupled to the output shaft and connected to the pump,
  • the coupling means comprise mechanical coupling means for driving the pump from the mechanical energy from the tidal turbine and / or the wind turbine,
  • said coupling means comprise electromagnetic coupling means comprising an electromagnetic clutch for driving the pump from the mechanical energy from the tidal turbine and / or the wind turbine.
  • said at least one pump is a coupled pump driven directly by a common coupling shaft.
  • the yield must be optimized, with reduced online losses.
  • Yet another corollary problem relates to the search for a solution further promoting the efficiency of the turbine (s) and aimed at switching from a discontinuous liquid supply in the compartment where the turbine (s) is located at a few points, with variable differences in water height, with a favorably quasi-continuous liquid supply, at the maximum pressure at time t, at all supply points, simultaneously or almost simultaneously.
  • said at least one peripheral compartment comprises a distribution chamber of the liquid to circulate in the wave energy device and which will extend continuously around the essential at least the perimeter of the central compartment and the fluid communication will comprise a series of passages placed around it the central compartment, where it is surrounded by the liquid distribution chamber,
  • said at least one peripheral compartment comprises:
  • a liquid distribution chamber to circulate in the wave energy device which is closed around itself around the central compartment, and A series of passages distributed around the central compartment in order, as a function of the oscillations, to allow the fluid communication with it, while leaving the liquid that the said distribution chamber receives to circulate around the said central compartment, and / or least one peripheral compartment comprises several ballast chambers surrounding the central compartment and towards which the ballast chambers can deliver liquid via valves.
  • the aforementioned device also comprises several ballast chambers surrounding the central compartment and to which the ballast chambers can delivering liquid and from which they can receive liquid, via valves.
  • a regulation taking into account the rate / volumes (or flows) variable circulation of said liquid can (it) moreover be obtained.
  • ballast chambers surround the liquid distribution chamber and / or be arranged in elevation relative to it.
  • the / each pump draws liquid in the central compartment, preferably in the lower part (the device is then operational).
  • - are arranged on at least one floating structure subject to the movements of the liquid on which it is arranged, and / or
  • the wind turbine and the tidal turbine being disposed respectively above and below the wave energy device (with then a grouping conducive to performance performance and simplification of expected maintenance).
  • these solar panels and the supporting structure then define a tower which surrounds the wind turbine and means of mobility are linked to the solar panels to open the tower more to the passage of the wind in a first state of the solar panels than in a second state where they are more of a hindrance to the passage of the wind towards the wind turbine than in the first state, and / or,
  • the device further comprises a hydraulic network fed by said at least one pump and which will pass into the immediate environment of the solar panels, the circulating liquid acting as coolant solar panels, before being sent to said at least one peripheral compartment.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a hybrid device for producing electrical energy according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic view of the heart of the device, in median vertical section
  • FIG. 3 show schematic views, respectively in median vertical section (III-III section of Figure 4) and from above a possible embodiment of the hoop-motor device part of the aforementioned hybrid device;
  • FIG. 5 represents a schematic view in median vertical section (like that of FIG. 3) and from above of a second possible embodiment of the hoop-motor device;
  • FIG. 6 represents a schematic view from above of the wind turbine, part of the abovementioned hybrid device
  • FIGS. 7, 8 show schematic views, respectively again in median vertical section and from above of one embodiment. possible tidal turbine and partially the hoop-motor device, parts of the aforementioned hybrid device; and,
  • FIGS. 9 and 10 represent diagrammatic views, respectively from above and in median vertical section (like FIG. 3), of a third possible embodiment of the hoop-motor device,
  • FIG. 11 schematically a water circulation network, via one or more lift pumps, to promote efficiency by regulating the water supply of the central compartment of the hoop-motor device.
  • hybrid energy a central generation and / or conversion unique and common to all types of combined renewable energies
  • the system solves the existing problems: simplification of the conversion chain, optimization of the transformation efficiencies of energies captured upstream, mutualization of the means of transformation, economy of scale in terms of investment, installation and maintenance, uniqueness of the distribution cable to the mains, downstream.
  • the device 1 illustrated in FIG. 1 can be a nomadic and autonomous floating production platform, like FIG. 1, which combines solar, wind, tidal and / or hydro-motor energies.
  • This device 1 comprises:
  • an upper aerial structure 7 supporting the axis 80 of rotation of a wind turbine 8 and capable of receiving emergency batteries 81 and power cabinets,
  • a lower submarine structure 9 located below the level 90 of the water and capable of supporting a ballast 11 and the axis 131 of rotation of a tidal turbine 14,
  • a wind turbine coupling module / pump (s) 23 (these may be coupled pumps),
  • the wind turbine 8 will preferably be vertical axis type Daerrius.
  • the tidal turbine 14 will preferably be vertical axis type Daerrius.
  • Each can include a series of blades distributed around an axis, radially and rotating around it.
  • the means (or modules) 21,25 coupling may provide direct couplings, or not.
  • all or part of these means (or modules) 21,25 comprise internal generating means for converting the mechanical energy from the tidal turbine and / or the wind turbine into electricity and supplying this electricity to the / each pump 23,27, to operate them.
  • the tidal turbine and / or wind turbine will then (have) preferably an output shaft, respectively driven in rotation by blades, respectively 810, 145, the tidal turbine and / or the wind turbine and the generating means can include an alternator coupled to the shaft output respectively 800,131 ( Figure 1 or 2), and connected to the / each respective pump ..
  • the coupling means 21,25 will then preferably comprise mechanical coupling means, respectively - to drive the / each pump from the mechanical energy from the tidal turbine and / or wind turbine.
  • Electromagnetic the coupling means 21, 25 will then preferably comprise means comprising electromagnetic coupling means comprising an electromagnetic clutch for driving the pump from the mechanical energy from the tidal turbine and / or the wind turbine.
  • each pump be a coupled pump driven directly by a coupling shaft.
  • the hoop-motor system or device 5 comprises, in the figures (FIG. 3 in particular):
  • peripheral compartment such as 515a, 515b ... located around a central compartment 512, placed in fluid communication with it and that / each pump concerned feeds liquid that it takes elsewhere, and
  • peripheral compartment 510 include, or is defined by, (at least) a liquid distribution chamber 5100 to be circulated in the wave-motor device and which will then extend continuously around the essential at least the perimeter of the central compartment 512; see in particular figure 4.
  • the above-mentioned fluid communication comprise a series of passages ... 514b, ... 514e, 513a, 513b ... arranged around central compartment 512, where it is surrounded by room 5100.
  • the chamber 5100 be closed on itself around the compartment 512, and that the series of passages ... 514b, ... 514e, 513a, 513b ... allows, depending on the oscillations, the fluid communication with him, while leaving the liquid that receives said chamber 510 / free to circulate around the compartment 512.
  • the output will be favored with the presence of several ballast chambers 515a, 515b, 515c ... surrounding the central compartment 512 and to which these ballast chambers can deliver the liquid E and from which they can receive this liquid, through valves, valves and / or check valves 517a, 517b, 527,529 ... arranged at the location of passages 514a, 514b, ... 514e corresponding.
  • ballast chambers surround the liquid distribution chamber 510/5100 and / or that they be arranged in elevation with respect to this chamber 510.
  • the (the series of) peripheral compartment (s) could comprise several ballast chambers 515a, 515b, 515c ... surrounding the central compartment 512 and towards which the ballast chambers could deliver liquid E via valves or unidirectional valves, preferably 517a, 517b, ... 517f (see FIG. 4).
  • a relevant solution consists in arranging the pump (s) 23, 27 so that they take up this liquid in the central compartment 512, preferably in the lower part of this compartment, after the neck 523 (FIG. 3) or 318 (FIG. 5), hence below the level of this neck, where a diaphragm may be located (see for example FIG. 5, diaphragm with walls mobiles such as 333a, 333b.) ..
  • the floating structure 3 Since the device 1 is typically designed to be installed on the water, and in particular at sea, the floating structure 3 will be adapted to withstand the movements of the liquid to which it will then be subjected.
  • the tidal turbine 14, the wind turbine 8 and the hoop-motor device 5 are arranged together on the floating structure 3, the wind turbine and the tidal turbine being respectively disposed above and below the hoop-motor device.
  • FIGS. 2, 6 show the interest in providing that the solar panels 15 and the supporting structure 7 define a tower 53 which surrounds the wind turbine 8 and mobility means 55 are connected. to the solar panels to open the tower more to the passage of the wind in a first state of the solar panels than in a second state where they are more impeding the passage of the wind towards the wind turbine than in the first state.
  • the operation of the device 1 is based on the combination of the catchments of the various energy sources (solar, wind, hydrokinetic and hydro-motor energies) which each contribute at least to the operation of another sensor, at most to the improvement of yield of one or more others.
  • various energy sources solar, wind, hydrokinetic and hydro-motor energies
  • the wave energy is captured by the hull-motor device 5.
  • the structure 3 of the hull-motor system takes the place of buoyancy support for all of the functions described below. It also performs a temporary energy storage function in the form of a volume of water 5110 in some of the chambers 511a ... located in elevation relative to the kinetic energy pool (chamber 512).
  • the upper aerial structure 7 may comprise, as illustrated, an upper bridge 70 and support posts 71 (FIGS. 1, 6) connected to the floating support 3. This structure performs the following functions:
  • the lower underwater structure 9 may also include, as illustrated, the shaft 133, the lower deck 131, holding spars and the ballast 11 hooked to the lower deck (or spars, or to the axis); see figs. 7.8),
  • This structure provides the following functions:
  • the wind turbine 8 (here with a vertical axis) will favorably provide the following functions:
  • the mechanisms 55 of closing / opening the "tower" of solar panels make it possible to unfold the solar panels which will then be articulated, for example two by two for this purpose along axes of articulation such 155, so, in case of risk, to completely close the structure and thus to secure the wind turbine which is no longer subject to the air flow.
  • the tidal turbine 14 (favorably so with vertical axis) can perform the following functions:
  • Turbine module 519 + generatrix (alternator 520) disposed in the central compartment 512 of the floating support 3 it will favorably provide the following functions:
  • the hull-motor device 5 it is therefore a device for recovering the energy of movements in the form of electrical energy.
  • This device comprises, as shown in FIGS.
  • valve systems (14-17 in particular) disposed at the location of said side wall and each located for transferring liquid from one of the peripheral compartments to the upper portion of the central compartment and the lower portion of the central compartment towards at least one of said peripheral compartments, when the container is inclined, and
  • the container 50 is able to oscillate about at least one axis perpendicular to said main axis under the effect of said movements, and contains the liquid E which, when the container oscillates, flows to and from the central compartment 11, 311, 512.
  • the central compartment advantageously has an upper portion such as 1a, 311a, 512a and a lower portion 11b, 311b, 512b separated by an intermediate partition such as 1, 31 1c, 525 provided with a channel such as 18 or 523 forming a throat for passage of the liquid from the upper portion to the lower portion, and substantially at the level of which is disposed a shutter (section of passage) adjustable as 13.
  • the first turbine 313,519 coupled to its alternator 22,520 is disposed in the upper portion of the central compartment.
  • the channel 18,318,523 defines, in the transverse partition, a throttle passage of the liquid from the upper portion of the central compartment to its lower portion.
  • valve systems such as 14-17 or 314- 317 which, mounted at two different levels of elevation at the location of the side wall 330 (as in FIG. as already explained and illustrated for example in FIG. 5, communicating with each other the respectively central 31 1 and lateral compartments 312 1 ,... 312 4 (at least).
  • the adjustable shutter 333 as a moving-wall diaphragm such 333a, 333b located substantially at the location of the throttle channel 318 is worth noting.
  • the throttling channel 318 (or each flow passage of this channel, if it is made in several sub-channels) is intrinsically regulated, for example as a flexible and elastic membrane whose opening, or liquid flow passage to the lower portion (such as 31 lb) of the central compartment (such as 311) deforms elastically depending on the flow rate or the pressure exerted on it.
  • the adjustable shutter include a secondary turbine as shown in FIG.
  • a solution for making the shutter adjustment is that it is made in the form of (or includes) a diaphragm. It will then be intrinsically adjusted, for example as a flexible and resilient membrane whose opening deforms elastically depending on the flow or the pressure exerted on it.
  • reaction time to open or close more or less the throttling channel can then be very fast. Again, coupling with the main turbine is recommended.
  • the channel 18.318 ... and / or the adjustable shutter may be (are) located (s) away from the axis of rotation of the first turbine.
  • the efficiency of the turbine (s) will be favored here and it will be possible to pass from a discontinuous liquid supply to the compartment where the turbine (s) are located, at a few points, with variable differences in water height, at a quasi-continuous liquid supply, at the maximum pressure at time t, at all points of supply, simultaneously or almost simultaneously.
  • this chamber 510 and the peripheral compartments 515a, 515b ... are provided at the same time, this distribution chamber 510 (even those 51 1a ). will be interposed between:
  • the central compartment 512 with which 1 distribution chamber (510 or 51 1) communicates through several passages or openings 513a, 513b, ... 513f which can be concomitantly open, for the transfer of the liquid, and
  • peripheral compartments 515a, 515b, ... 515f from which said distribution chamber is separated by the side wall 516 and with several of which it communicates by at least some of the valve systems 517a, 517b, ... 517f which can also be concomitantly open for those who supply liquid to the room intermediate (see 517b, 517c Figure 4) at the moment considered, while the device is inclined / oscillates.
  • the upper chamber 511 can communicate with the one 510 from below by valves 529 (FIG. 3), preferably then controlled on opening and closing.
  • each intermediate chamber 510,511 is closed on itself around the central compartment and can communicate with all the valve systems and / or all openings or passages 513a, 513b, ... 513f above.
  • openings or passages may consist of permanently open tubes, passing through the inner side wall 521 which separates the distribution chamber 510,511 from the central compartment 512 and each oriented at an angle to favor the vortex as already mentioned and illustrated in FIG. 4 (substantially tangential feed ).
  • the valve systems 517a, 517b, ... 517f may consist of check valves ensuring liquid flow in only one direction (see Figure 16). They can be unmanned, so open and / or close under the sole solicitation of the liquid circulating between the ballasts concerned and the intermediate chamber 510.
  • the (each) intermediate chamber (which may be called pressurized water injection core) will have a vertical succession of levels.
  • the distribution chamber 510 is in the form of a buffer tank between the upstream ballasts (in example 515b, 515c) and the central compartment or basin 512.
  • the valve systems 517a , 517b, ... and the injectors 513a ... are decoupled: as soon as a liquid load height exists (during a tilting as in FIG. 3), the pressure causes the valve system (s) 517a to open , 517b, ..., concerned and the liquid passes through the distribution chamber 510 where it is distributed so that it then flows into the central compartment by at least one, and a priori several, openings or passages 513a, 513b, ... 513f, as illustrated. Arrived at the bottom throttle 523 formed in the intermediate transverse wall 525 which separates the respective upper 512a and lower 512b portions of the central compartment.
  • the lower part 512b (may) extends (re) peripherally beyond the vertical of the partition 521 of the central compartment, and as here as far as the distribution chamber 510 and the peripheral compartments such as 515a, 515e .
  • a series of check valves 527 is disposed between the portion 525 and each of the peripheral compartments 515a, 515b, ... 515f.
  • Each check valve 527 can open to let the liquid in the part 525 pass from that part to the relevant peripheral compartments, at a time t movements in progress, and closes to prevent traffic in the opposite direction.
  • the 527 check valves could be controlled to open and close.
  • distribution chamber such as 510 or 511 then 510, which will allow the liquid of these different peripheral compartments to be collected therein, and will then pass from this distribution chamber to the central compartment by the or more of the passages 513a, 513b, ... open in the distribution chamber.
  • the level of liquid in at least one of the upstream ballasts is higher than that of the other upstream ballasts.
  • the intermediate chamber which always contains liquid in transit, is in contact via the non-return valves 517a, 517b, ... with preferably all the upstream ballasts, and therefore at the instant t at the pressure of the ballast the most high.
  • the design of the system as a whole means that there is always an upstream ballast whose liquid height is equal to or greater than that of the central basin / compartment 512. In the case considered, the distribution chamber is therefore in "overpressure "Compared to the central basin / compartment.
  • the valve 517a is then open and the flow is therefore naturally made by a large number of or all of the passages 513a, 513b, ... at the same time, hence an effective performance of the flow at time t, since the injection in the basin / central compartment 510 is "multi-point".
  • the ballast 515c is partially emptied, the movement has continued and generates a maximum absolute maximum water level in another ballast (adjacent compartment, 515b for example).
  • the valve 517c is then closed, while the adjacent valve 517b opens, putting the distribution chamber 510 at the pressure of the ballast 515b in the example and the flow continues through a significant number of or all passages 513a, 513b, ...
  • ballasts / peripheral compartments such as 515a ... 515e ... will not work in a single pair between an upstream ballast / a downstream ballast.
  • the drive pulley drives a pulley of the coupled pump 27 through a belt 139 (or equivalent drive means) 4) this pulley drives the shaft of the pump, via an electronic clutch driven by the device and engaging when the tidal turbine has reached the optimum operating point,
  • the pump 27 pumps directly into the lower tank of the central basin of the hull-motor device 5 and discharges directly into the distribution network 28, which itself directs according to the request of the PLC to:
  • Solution 5 a. contributes to the significant improvement of the efficiency of the turbine assembly (such as 519) + generator (520) by an additional multipoint injection and continuous at the pressure of the central basin. This, via the TIP 510, does not conflict and is added to the multi-point injection of the Houlo-moteur 5 system.
  • Solution 5 b. contributes to the significant improvement of the efficiency of the turbine + generator unit by an additional and intermittent injection at the pressure of the storage tanks 310a, 310b .... These basins, always raised above the central basin 512, take the relay of upstream ballasts 515a, 515b ..., when the difference in level is zero. The injection thus obtained, via the TIP 510, maintains the flow rate in the central basin when the effect of the "hoolo-motor" ballasts is reduced.
  • the check valves 517a, 517b ... allow the simultaneous operation of the two sources of liquid supply.
  • Solutions 5) b. and 5) c. contribute to obtaining the adequacy of the entire device to the wave conditions encountered at time t.
  • the permanent adaptation of the liquid level in the storage ballasts 310a, 310b ... (if provided) and in the liquid ballast 11 makes it possible to modify the physical parameters of the system: position of the center of gravity, position of the center of flotation, inertia of liquid hulls, inertia of flotation, metacentric radius, distribution of weights, etc ...
  • the hydraulic network 28 serves to route the liquid to the solar panels. This acts as coolant before being reinjected into the TIP.
  • the cooling of the solar panels significantly improves their internal efficiency.
  • the mechanical coupling between the wind turbine and the Vortex turbine can operate according to a "freewheel bicycle", as shown schematically in 210 Figure 2: the turbine is driven by the turbine 519 when it starts up its speed is higher (internal ratchet system).
  • This solution offers a global solution that allows either the use of a common electrical conversion or the use of a common electrical generation. This must lead to an improvement in the efficiency of the device with respect to the known prior solutions, in terms of both the technical efficiency (quantity of energy transmitted to the network / quantity of energy available at input via at least the tidal turbine and / or the wind turbine) and economic (cost of the generation - conversion / quantity of energy produced), taking into account the investment costs , installation and maintenance of these units.
  • the network is powered by the pump 23,27 and passes into the immediate environment of the solar panels 15, the circulating liquid acting as coolant of these panels.
  • the liquid (water here) is sent to the peripheral compartment (s), in the example: 510,511a ..., 515a ..., (but it could be compartments such as 312i .. or 12i )
  • FIG. 7, 11 the network 28 has been bypassed at 287 to feed directly to the (upper volume of) central compartment (such as 512), instead in particular here torus 510.

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Abstract

s'agit d'un dispositif qui comprend : une hydrolienne (14) et/ou, une éolienne (8) et/ou, des moyens de couplage pour coupler électromagnétiquement ou électriquement ou mécaniquement l'hydrolienne et/ou l'éolienne à au moins une pompe, et, un dispositif houlomoteur (5) comprenant : • un récipient : • qui oscille sous l'effet desdits mouvements, autour d'un axe dressé, • comprenant au moins un compartiment périphérique situé autour d'un compartiment central, placé en communication fluide avec lui et que la pompe alimente en liquide qu'elle prélève ailleurs, et • contenant ledit liquide qui, avec les oscillations du récipient, circule, via le compartiment central, et, • au moins une première turbine disposée dans le compartiment central et couplée à un alternateur raccordé à une ligne électrique d'alimentation électrique d'une installation extérieure au dispositif et située à distance.

Description

DISPOSITIF HYBRIDE DE PRODUCTION D'ENERGIE ELECTRIQUE
La présente invention concerne un dispositif de production d'énergie électrique à partir de fluides en mouvement, dans un milieu ouvert. L'invention trouve en particulier des applications dans le domaine des énergies renouvelables.
Le vent, les courants, la houle et le soleil, et l'énergie thermique des mers sont des énergies naturellement et renouvelables.
Ces énergies présentent l'énorme intérêt d'être « propres », mais elles présentent aujourd'hui quelques inconvénients, dont :
- un bilan carbone peu intéressant : panneaux photovoltaïques par exemple,
- elles ne sont pas prédictibles pour la plupart,
- elles ne sont pas effectives, continûment dans le temps,
- elles sont peu denses ; donc les capteurs sont typiquement éparpillés sur de grandes surfaces.
Cela se traduit par deux handicaps majeurs : un coût du kWh produit très élevé et un coût d'installation et de maintenance très élevé.
Pour minimiser ces facteurs, certains concepteurs envisagent la combinaison des différentes énergies sur des structures communes.
Se posent alors, comme problématiques à résoudre, celles qui suivent :
- l'intégration des différents capteurs dans la/les structures,
- l'interaction entre les différentes sources d'énergies,
- l'utilisation d'une conversion électrique commune.
Pour surmonter tout ou partie de ces problèmes, il est ici proposé que le dispositif de production d'énergie électrique susmentionné comprenne :
- une hydrolienne immergeable transformant de l'énergie hydraulique en énergie mécanique, et/ou,
- une éolienne transformant l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique et,
- des moyens de couplage pour coupler électromagnétiquement ou électriquement ou mécaniquement Γ hydrolienne et/ou Γ éolienne à au moins une pompe (typiquement de relevage) à laquelle de l'énergie est ainsi fournie pour fonctionner, et, - un dispositif houlomoteur comprenant :
— un récipient :
— qui oscille sous l'effet desdits mouvements, autour d'un axe dressé,
— comprenant au moins un compartiment périphérique situé autour d'un compartiment central placé en communication fluide avec lui et que la pompe alimente en liquide qu'elle prélève ailleurs, et
— contenant ledit liquide qui, avec les oscillations du récipient, circule, via le compartiment central, et,
— au moins une première turbine disposée dans le compartiment central et couplée à un alternateur raccordé à une ligne électrique d'alimentation électrique d'une installation extérieure au dispositif et située à distance.
On aura compris de ce qui précède que le terme « dispositif houlomoteur » couvre tout dispositif, y compris flottant, comprenant les éléments précités avec les caractéristiques indiquées : le récipient oscillant, avec son compartiment périphérique, la première turbine, etc.. .
Par ailleurs, dans le présent texte, les expressions :
- au singulier, telles « compartiment périphérique » indique la présence « d'au moins un » tel élément,
- et « supérieur » ou « inférieur » indique une position relative par rapport à la structure aérienne supportant l'arbre de l'éolienne.
Ainsi, est proposée une solution globale qui permet soit l'utilisation d'une conversion électrique commune soit l'utilisation d'une génération électrique commune, ceci engendrant une amélioration du rendement de l'installation à la fois en termes de rendement technique (quantité d'énergie transmise au réseau / quantité d'énergie disponible pour capteur) et d'économie (coût de la chaîne génération - conversion / quantité d'énergie produite), tout en prenant en considération les coûts d'investissement, d'installation et de maintenance de ces dispositifs de production d'énergie.
Un problème corollaire concerne la manière de réaliser les moyens de couplage afin d'assurer une solution performante, simple à mettre en place et entretenir (possible éloignement du dispositif vis-à-vis des côtes, en mer).
Il est ainsi proposé : - que ces moyens de couplage comprennent des moyens générateur pour convertir en électricité l'énergie mécanique issue de l'hydrolienne et/ou de l'éolienne et fournir cette électricité à la pompe pour la faire fonctionner. Dans ce cas, il est conseillé que l'hydrolienne et/ou de l'éolienne comprend(nnent) un arbre de sortie entraîné en rotation par des pales de l'hydrolienne et/ou de l'éolienne et les moyens générateur comprennent un alternateur accouplé à l'arbre de sortie et connecté à la pompe,
- ou que les moyens de couplage comprennent des moyens d'accouplement mécanique pour entraîner la pompe à partir de l'énergie mécanique issue de l'hydrolienne et/ou de l'éolienne,
- ou encore que lesdits moyens de couplage comprennent des moyens d'accouplement électromagnétique comprenant un embrayage électromagnétique d' entraînement de la pompe à partir de l'énergie mécanique issue de l'hydrolienne et/ou de l'éolienne.
Notamment dans le cas de moyens d'accouplement mécanique, il est conseillé par ailleurs que ladite au moins une pompe soit une pompe attelée entraînée directement, par un arbre commun de couplage. Ainsi, le rendement doit être optimisé, avec des pertes en ligne réduites.
Encore un autre problème corollaire concerne la recherche d'une solution favorisant encore le rendement de la (des) turbine(s) et visant à passer d'un apport de liquide discontinu dans le compartiment où se situe la(les) turbine(s), en quelques points, avec des différences de hauteur d'eau variables, à un apport de liquide favorablement quasi continu, à la pression maximale à l'instant t, en tous points d'apport, simultanément ou quasi- simultanément.
A cette fin, il est proposé :
- que ledit au moins un compartiment périphérique comprenne une chambre de répartition du liquide devant circuler dans le dispositif houlomoteur et qui s'étendra continûment autour de l'essentiel au moins du périmètre du compartiment central et la communication fluide comprendra une série de passages disposés autour du compartiment central, là où il est entouré par la chambre de répartition du liquide,
- et/ou que ledit au moins un compartiment périphérique comprenne :
— une chambre de répartition du liquide devant circuler dans le dispositif houlomoteur qui est fermée sur elle-même autour du compartiment central, et — une série de passages répartis autour du compartiment central pour, en fonction des oscillations, permettre la communication fluide avec lui, tout en laissant le liquide que reçoit ladite chambre de répartition libre de circuler autour dudit compartiment central, - et/ou que ledit au moins un compartiment périphérique comprenne plusieurs chambres ballast entourant le compartiment central et vers lequel les chambres ballast peuvent délivrer du liquide par l'intermédiaire de soupapes.
Pour, en complément ou en alternative favoriser l'alimentation en liquide de ce(s) compartiment(s) périphérique(s), on conseille que le dispositif précité comprenne en outre plusieurs chambres ballast entourant le compartiment central et vers lequel les chambres ballast peuvent délivrer du liquide et duquel elles peuvent recevoir du liquide, par l'intermédiaire de soupapes.
Une régulation tenant compte du rythme/des volumes (ou débits) variables de circulation dudit liquide pourra(it) par ailleurs être obtenu.
Pour optimiser leur efficacité, on recommande que les chambres ballast entourent la chambre de répartition du liquide et/ou soient disposées en élévation par rapport à elle.
Afin par ailleurs et à nouveau de chercher à favoriser la conception/ réalisation/maintenance du dispositif, et le rendement, sans compliquer la conception ni la maintenance ultérieure, il est conseillé que la/chaque pompe prélève du liquide dans le compartiment central, de préférence en partie basse (le dispositif étant alors opérationnel).
Afin de pouvoir récupérer une énergie aussi performante que celle de la mer (vague, houle, vent), il est par ailleurs en particulier envisagé très favorablement que l'hydrolienne, l'éolienne et le dispositif houlo-moteur:
- soient disposés sur au moins une structure flottante soumise aux mouvements du liquide sur lequel elle est disposée, et/ou
- soient disposés ensemble sur une structure flottante, l'éolienne et l'hydrolienne étant disposées respectivement au-dessus et en-dessous du dispositif houlomoteur (avec alors un regroupement propice à la performance du rendement et une simplification de la maintenance attendue).
Pour élargir encore le champ d'utilisation des énergies renouvelables et donc potentiellement le rendement global du dispositif, il est recommandé que ce dernier comprenne des panneaux solaires mobiles sur une structure porteuse du dispositif.
On recommande alors :
- que ces panneaux solaires et la structure porteuse définissent alors une tour qui entoure l'éolienne et des moyens de mobilité sont liés aux panneaux solaires pour ouvrir la tour davantage au passage du vent dans un premier état des panneaux solaires que dans un deuxième état où ils font davantage obstacle au passage du vent vers l'éolienne que dans le premier état, et/ou,
- que le dispositif comprenne en outre un réseau hydraulique alimenté par ladite au moins une pompe et qui passera dans l'environnement immédiat des panneaux solaires, le liquide en circulation faisant office de liquide de refroidissement des panneaux solaires, avant d'être envoyé vers ledit au moins un compartiment périphérique.
On favorisera ainsi le fonctionnement de l'ensemble et la sécurité d'utilisation des panneaux solaires et des systèmes qui seront liés à eux.
Différentes possibles buts, détails, caractéristiques et avantages, éventuellement autres que ceux précité, apparaîtront de la description explicative détaillée qui suit et qui se réfère aux dessins annexés où :
- la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif hybride de production d'énergie électrique selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 représente une vue schématique du cœur du dispositif, en coupe verticale médiane;
- les figures 3,4 représentent des vues schématiques, respectivement en coupe verticale médiane (coupe III-III de la figure 4) et de dessus d'une réalisation possible du dispositif houlo-moteur, partie du dispositif hybride précité ;
- la figure 5 représente une vue schématique en coupe verticale médiane (comme celle de la figure 3) et de dessus d'un deuxième mode de réalisation possible du dispositif houlo-moteur ;
- la figure 6 représente une vue schématique de dessus de l'éolienne, partie du dispositif hybride précité ;
- les figures 7,8 représentent des vues schématiques, respectivement à nouveau en coupe verticale médiane et de dessus d'une réalisation possible de l'hydrolienne et partiellement du dispositif houlo-moteur, parties du dispositif hybride précité ; et,
- les figures 9, 10 représentent des vues schématiques, respectivement de dessus et en coupe verticale médiane (comme la figure 3), d'un troisième mode de réalisation possible du dispositif houlo-moteur,
- et la figure 11 schématise un réseau de circulation d'eau, via une ou plusieurs pompes de relevage, pour favoriser le rendement par un erégulation de l'alimentation en eau du compartiment central du dispositif houlo-moteur.
Pour résumer et globaliser la solution ci-avant présentée et qui va être davantage détaillée ci-après, le principe général du dispositif ici présenté est la mutualisation d'une centrale de génération et/ou de conversion unique et commune à tous les types d'énergies renouvelables combinées, dénommés énergie hybride.
Il s'agit en résumé de transformer l'énergie captée mécanique (éolienne, hydrolienne, houlo-motrice (force des vagues, de la houle), thermique, autre) ou électrique (solaire) en énergie de type unique disponible en sortie du dispositif (ligne électrique), via un capteur unique possédant sa propre chaîne de conversion optimisée et équilibrée.
Par ce dispositif, on transforme une incompatibilité électrique en compatibilité énergétique.
Le dispositif résout les problématiques existantes : simplification de la chaîne de conversion, optimisation des rendements de transformation des énergies captées en amont, mutualisation des moyens de transformation, économie d'échelle en termes d'investissement, d'installation et de maintenance, unicité du câble de distribution vers le réseau électrique, en aval.
Il serait possible d'intercaler entre le système de transformation (notamment ci-avant la sortie de l'unité turbine/alternateur) et le capteur aval (ligne électrique), une capacité de stockage adaptée à l'énergie résultant du système de transformation. Ceci permettra de délivrer une production continue d'électricité à partir d'énergies disponibles discontinues.
Le dispositif 1 illustré figure 1 peut être une plateforme de production flottante nomade et autonome, comme figure 1 , qui combine les énergies solaire, éolienne, hydrolienne et/ou houlo-motrice. Ce dispositif 1 comprend :
- une structure flottante 3 incluant le système houlo-moteur 5,
- une structure supérieure aérienne 7 supportant l'axe 80 de rotation d'une éolienne 8 et pouvant recevoir des batteries de secours 81 et armoires de puissance,
- une structure inférieure sous-marine 9 située sous le niveau 90 de l'eau et pouvant supporter un lest 11 et l'axe 131 de rotation d'une hydrolienne 14,
- possiblement, des panneaux solaires 15 mobiles et articulés sur la structure porteuse supérieure 7.
Figure 2, on voit que le dispositif 1 présenté comprend en outre :
- une turbine 519 couplée à une génératrice 520,
- un module 21 de couplage éolienne / pompe(s) 23 (il peut s'agir de pompes attelées),
- un module 25 de couplage hydrolienne / pompe(s) 27,
- un réseau hydraulique 28 de distribution des pompes dans le système houlo-moteur 5, comprenant des canalisations.
Pour l'efficacité, une sécurité d'alimentation et une compacité, on recommande que la/chaque pompe prélève du liquide en partie basse dans le compartiment central.
L' éolienne 8 sera de préférence à axe vertical de type Daerrius. L'hydrolienne 14 sera de préférence à axe vertical de type Daerrius.
Chacune pourra comprendre une série de pales distribuées autour d'un axe, radialement et tournant autour de lui.
Pour les couplages précités, les moyens (ou modules) 21,25 de couplage pourront assurer des couplages directs, ou non.
Ainsi, peut-on prévoir que tout ou partie de ces moyens (ou modules) 21,25 comprennent des moyens générateur internes pour convertir en électricité l'énergie mécanique issue de l'hydrolienne et/ou de Γ éolienne et fournir cette électricité à la/chaque pompe 23,27, pour la/les faire fonctionner.
Dans le cadre des couplages précités, on recommande donc l'un des trois ci-après : électrique, électromagnétique et/ou mécanique.
Electrique : l'hydrolienne et/ou de Γ éolienne comprendra(ont) alors de préférence un arbre de sortie, respectivement entraîné en rotation par des pales, respectivement 810,145, de l'hydrolienne et/ou de l'éolienne et les moyens générateur pourront comprendre un alternateur accouplé à l'arbre de sortie, respectivement 800,131 (figure 1 ou 2), et connecté à la/chaque pompe respective..
Mécanique : les moyens de couplage 21,25 comprendront alors de préférence des moyens d'accouplement mécanique, respectivement - pour entraîner la/chaque pompe à partir de l'énergie mécanique issue de l'hydrolienne et/ou de l'éolienne.
Electromagnétique : les moyens de couplage 21,25 comprendront alors de préférence des moyens comprenant des moyens d'accouplement électromagnétique comprenant un embrayage électromagnétique d' entraînement de la pompe à partir de l'énergie mécanique issue de l'hydrolienne et/ou de l'éolienne.
Pour les pompes, on recommande que chacune soit une pompe attelée entraînée directement, par un arbre de couplage.
Le système ou dispositif houlo-moteur 5 comprend, sur les figures (figure 3 notamment) :
- un récipient 50 fermé, apte à recevoir un liquide E (de l'eau ici) :
— qui oscille sous l'effet des mouvements (tels vagues/houle), autour d'un axe dressé A (ici confondu avec les axes 80 et 130),
— comprenant au moins un compartiment périphérique, tels, 515a,515b... situé autour d'un compartiment central 512, placé en communication fluide avec lui et que la/chaque pompe concernée alimente en liquide qu'elle prélève ailleurs, et
— contenant ledit liquide qui, avec les oscillations du récipient, circule, via le compartiment central 512et,
- au moins une première turbine 519 disposée dans le compartiment central et couplée à un alternateur 520 raccordé à une ligne électrique 39 d'alimentation électrique d'une installation 41 extérieure au dispositif et la pompe 23 est électrique, ou en stockant (pile) .
On recommande que le compartiment périphérique 510 comprenne, ou soit défini par, (au moins) une chambre 5100 de répartition du liquide devant circuler dans le dispositif houlo-moteur et qui s'étendra alors continûment autour de l'essentiel au moins du périmètre du compartiment central 512 ; voir notamment figure 4.
On recommande par ailleurs qu'alors la communication fluide précitée comprenne une série de passages ...514b, ...514e,513a,513b... disposés autour du compartiment central 512, là où il est entouré par la chambre 5100.
Pour favoriser la bonne répartition du liquide autour de ce compartiment central, il est préféré que la chambre 5100 soit fermée sur elle-même autour du compartiment 512, et que la série de passages ...514b,...514e,513a,513b... permette, en fonction des oscillations, la communication fluide avec lui, tout en laissant le liquide que reçoit ladite chambre 510/ libre de circuler autour du compartiment 512.
Outre cette chambre de répartition 510/5100, le rendement sera favorisé avec la présence de plusieurs chambres ballast 515a,515b, 515c ... entourant le compartiment central 512 et vers lequel ces chambres ballast pourront délivrer le liquide E et duquel elles pourront recevoir de ce liquide, par l'intermédiaire de soupapes, vannes et/ou clapets anti-retour 517a, 517b,527,529... disposés à l'endroit des passages 514a,514b, ...514e correspondants.
Dans ce cas, on conseille que les chambres ballast entourent la chambre 510/5100 de répartition du liquide et/ou qu'elles soient disposées en élévation par rapport à cette chambre 510.
En alternative, et même si ceci n'est pas la solution préférée, le (la série des) compartiment(s) périphérique(s) pourrait comprendre plusieurs chambres ballast 515a,515b, 515c ... entourant le compartiment central 512 et vers lequel les chambres ballast pourraient délivrer du liquide E par l'intermédiaire de soupapes ou de vannes unidirectionnelles de préférence 517a,517b, ...517f (voir figure 4) ..
Pour remonter le liquide E vers la chambre de répartition 510 et/ou les chambres ballast 515a,515b,515c... une solution pertinente consiste à disposer la/les pompes 23,27 de façon qu'elles prélèvent ce liquide dans le compartiment central 512, de préférence en partie basse de ce compartiment, après le col 523 (figure 3) ou 318 (figure 5), donc sous le niveau de ce col, où peut se trouver un diaphragme (voir par exemple figure 5, diaphragme à parois mobiles telles 333a,333b.)..
Le dispositif 1 étant typiquement prévu pour être installé sur l'eau, et en particulier en mer, la structure flottante 3 sera adaptée pour supporter les mouvements du liquide auquel elle sera alors soumise.
De préférence, pour des facilités notamment de réalisation, installation et maintenance, on préférera que l'hydrolienne 14, l'éolienne 8 et le dispositif houlo-moteur 5 soient disposés ensemble sur la structure flottante 3, l'éolienne et l'hydrolienne étant disposées respectivement au- dessus et en-dessous du dispositif houlo-moteur.
On préférera aussi qu'il en soit de même si les panneaux solaires 15, sont prévus, favorablement montés mobiles sur la structure porteuse supérieure 7 de la structure flottante 3.
Pour favoriser la sécurité et l'efficacité du dispositif, les figures 2,6 montrent l'intérêt à prévoir que les panneaux solaires 15 et la structure porteuse 7 définissent une tour 53 qui entoure l'éolienne 8 et des moyens de mobilité 55 sont liés aux panneaux solaires pour ouvrir la tour davantage au passage du vent dans un premier état des panneaux solaires que dans un deuxième état où ils font davantage obstacle au passage du vent vers l'éolienne que dans le premier état.
Et figure 2, on voit et comprend l'intérêt du réseau hydraulique 28 alimenté par la/les pompes 23,27 et qui passe dans l'environnement immédiat des panneaux solaires 15, de sorte que le liquide en circulation (typiquement l'eau) fasse office de liquide de refroidissement des panneaux solaires, avant d'être envoyé vers le/les compartiment(s) périphérique(s) 510 et/ou ballasts 515a,515b....515f, et/ou le bassin central d'énergie cinétique 512.
Le fonctionnement du dispositif 1 est basé sur la combinaison des captages des différentes sources d'énergie (énergies solaire, éolienne, hydrolienne et houlo-motrice) qui contribuent chacun à minima au fonctionnement d'un autre capteur, au plus à l'amélioration du rendement d'un ou plusieurs autres.
Le captage de l'énergie de la houle est assuré par le dispositif houlo- moteur 5.
Dans ce mode de réalisation, la structure 3 du système houlo-moteur tient lieu de support de flottabilité pour l'ensemble des fonctions décrites ci-après. Elle remplit aussi une fonction de stockage temporaire d'énergie sous forme d'un volume d'eau 5110 dans certaines des chambres 511a...situé en élévation par rapport au bassin d'énergie cinétique (chambre 512).
La structure aérienne supérieure 7 peut comprendre, comme illustré, un pont supérieur 70 et des poteaux de soutien 71 (figures 1 ,6) reliés au support flottant 3. Cette structure assure les fonctions suivantes :
- Support du palier supérieur de l'arbre vertical 800 de l'éolienne 8,
- Abri des batteries de secours, des armoires de commande et de gestion de l'énergie (ensemble 81), - Support des panneaux solaires 15 et de leurs mécanismes 55 de fermeture/ouverture,
- Eléments 550 de guidage des flux pour canaliser le vent à destination de l'éolienne centrale,
- Conduite (non représentée ; portion du circuit 28) de circulation de fluide pour le refroidissement des panneaux solaires.
La structure sous-marine inférieure 9 peut comprendre, également comme illustré, l'arbre 133, le pont inférieur 131, des épontilles de maintien et le lest 11 accroché au pont inférieur (ou aux épontilles, ou à l'axe) ; voir figs. 7,8),
Cette structure assure les fonctions suivantes :
- Support du palier inférieur de l'arbre 133 (ici vertical) de l'hydrolienne 14,
- Support du lest 11 assurant la stabilité,
- Eléments de guidage des flux pour canaliser le courant vers l'hydrolienne
- Conduite de pompage pour le transfert de liquide.
La tour 53 (figure 3) assurera quant à elle favorablement les fonctions suivantes:
- transformation de l'énergie solaire en énergie électrique, voire en chaleur,
- formation d'éléments de guidage d'air à destination de l'éolienne (effet Venturi),
- sécurité de l'éolienne en cas de vent fort par fermeture des volets 530 mobiles périphériques (ici chacun autour d'un axe vertical 155), via les mécanismes 55 de fermeture/ouverture,
- fourniture de l'énergie pour assurer l'acquisition de données, la régulation, la commande de l'ensemble du dispositif et la charge des batteries de secours.
L'éolienne 8 (ici donc à axe vertical) assurera favorablement les fonctions suivantes :
- Captage de l'énergie du vent canalisée par les éléments de guidage compris dans la structure (volets 530 en particulier),
- Fourniture d'énergie mécanique de rotation nécessaire à l'entrainement des pompes 23 par l'intermédiaire du couplage 21 (à embrayage ou pas)
- Amortisseur et/ou régulateur et/ou accélérateur (suivant la commande) de la quantité d'énergie cinétique du dispositif houlo-moteur 5.
Deux points sont encore à noter : :
- l'effet Venturi créé par la combinaison de la structure porteuse 7 et des panneaux solaires repliables 15,530. Cette conception profite à l'éolienne verticale 8 qui bénéficie d'un flux de vent accéléré et organisé, mais aussi aux panneaux solaires qui sont orientés avec un angle de réception plus favorable par rapport au soleil,
- la sécurité de l'éolienne : les mécanismes 55 de fermeture/ouverture de la « tour » de panneaux solaires permettent de déplier les panneaux solaires qui seront alors articulés, par exemple deux à deux à cet effet le long d'axes d'articulation tels 155, afin, en cas de risque, de fermer complètement la structure et donc de sécuriser l'éolienne qui n'est plus soumis au flux d'air. Ceci permet de s'affranchir de systèmes de freins mécaniques ou électromagnétiques.
L'hydrolienne 14 (favorablement donc à axe vertical) pourra assurer les fonctions suivantes :
- Captage de l'énergie du courant canalisé par les éléments de guidage compris dans la structure 3 (non représentés),
- Fourniture d'énergie mécanique de rotation nécessaire à l'entrainement des pompes 23 par l'intermédiaire du couplage 21 (à embrayage ou pas)
- Amortisseur et/ou régulateur et/ou accélérateur (suivant la commande) de la quantité d'énergie cinétique du dispositif houlo-moteur 5.
Quant au module Turbine 519 + génératrice (alternateur 520) disposé dans le compartiment central 512 du support flottant 3, il assurera favorablement les fonctions suivantes :
- Captage de l'énergie cinétique générée dans le bassin central 512,
- Transformation de cette énergie cinétique en électricité, de préférence sous forme de courant triphasé alternatif,
Concernant maintenant le module de couplage éolienne/ pompes 23, il assurera favorablement les fonctions suivantes :
-Transfert de l'énergie mécanique de l'arbre 800 de l'éolienne aux pompes,
- Pompage de l'eau dans la partie inférieure 512b du bassin ou compartiment central du système houlo-moteur 5 (ou ailleurs à condition de respecter le circuit fermé) et refoulement dans le compartiment périphérique 510 qui peut typiquement définir un tore d'injection sous pression,
- Régulation mécanique de l'éolienne 8, et ce directement ou par l'intermédiaire d'un ou plusieurs embrayages (électromagnétique ou mécanique), comme précédemment d'ailleurs.
Concernant le module 25 de couplage hydrolienne 14/ pompes 27, on conseille qu'il assure les fonctions suivantes :
- Transfert de l'énergie mécanique de l'arbre de l'hydrolienne aux pompes,
- Pompage de l'eau dans la partie inférieure 512b du bassin central du dispositif houlo-moteur 5 (ou ailleurs à condition de respecter le circuit fermé) et refoulement dans le tore d'injection sous pression 510, - Régulation mécanique de l'hydrolienne 14, ceci directement ou par l'intermédiaire d'un ou plusieurs embrayages (électromagnétique ou mécanique), à nouveau.
Concernant le réseau hydraulique 28 (voir figure 2) de couplage pompes 23,27/ houlo-moteur 5, comprenant tuyauteries, vannes et électrovannes pilotées par le système de régulation électronique, il assurera favorablement les fonctions suivantes :
- Transfert de fluide depuis la zone de prélèvement (ici le réservoir inférieur 512b vers le tore d'injection 510 et/ou les volumes de stockage 51 la,...51 le... et ou vers le lest liquide 11,
- Remplissage et vidange du dispositif 1,
- Ajustement par transfert de fluide des conditions de stabilité optimales définies par le logiciel de régulation.
Concernant le dispositif houlo-moteur 5, il s'agit donc d'un dispositif de récupération de l'énergie de mouvements sous forme d'énergie électrique.
Ce dispositif comprend, comme montré figures 3,5,9, 10 :
- un récipient 50 :
* comprenant plusieurs compartiments périphériques 12 122...312i,..3124,510,515a,515b... et un compartiment central 11 ,311 ,512,
* et présentant un axe principal (A) vertical au repos, et au moins une paroi latérale interposée entre plusieurs des compartiments périphériques et le compartiment central,
- plusieurs systèmes de vannes (14- 17 notamment) disposés à l'endroit de ladite paroi latérale et situés chacun pour transférer du liquide de l'un des compartiments périphériques vers la portion supérieure du compartiment central et de la portion inférieure du compartiment central vers au moins un autre desdits compartiments périphériques, quand le récipient est incliné, et,
- au moins une première turbine 313,519 couplée à un alternateur et disposée dans la portion supérieure du compartiment central.
Le récipient 50 est apte à osciller autour d'au moins un axe perpendiculaire audit axe principal sous l'effet desdits mouvements, et contient le liquide E qui, lorsque le récipient oscille, circule vers et depuis le compartiment central 11 ,311 ,512.
Le compartiment central comporte favorablement une portion supérieure telle l la,311a,512a et une portion inférieure 11b, 311b,512b séparées par une cloison intermédiaire telle l lc,31 1c,525 pourvue d'un canal tel 18 ou 523 formant un étranglement de passage du liquide de la portion supérieure à la portion inférieure, et sensiblement au niveau duquel est disposé un obturateur (de section de passage) réglable tel 13.
Dans les trois versions illustrées, figures 3,5 et 9-10 respectivement, la première turbine 313,519 couplée à son alternateur 22,520 est disposée dans la portion supérieure du compartiment central.
Plus bas, le canal 18,318,523 définit, dans la cloison transversale, un étranglement de passage du liquide de la portion supérieure du compartiment central à sa portion inférieure..
Latéralement, plusieurs compartiments périphériques communiquent avec le compartiment central, via les systèmes de vannes tels 14-17 ou 314- 317 lesquels, montés à deux niveaux différents d'élévation à l'endroit de la paroi latérale 330 (comme figure 5) font, comme déjà expliqué et illustré par exemple figure 5, communiquer entre eux les compartiments respectivement central 31 1 et latéraux 312i,..3124 (au moins).
Figure 3, l'obturateur réglable 333 comme un diaphragme à parois mobiles telles 333a,333b situé sensiblement à l'endroit du canal d'étranglement 318 est à noter.
En agissant, par exemple via une motorisation, sur ces parois mobiles, on va pouvoir faire varier la section de passage de cet étranglement 318 et donc adapter la perte de charge et la hauteur de liquide en 311a, de manière que la turbine 313 soit de préférence tout le temps totalement immergée.
Une autre solution est que le canal d'étranglement 318 (ou chaque passage d'écoulement de ce canal, s'il est réalisé en plusieurs sous-canaux) se règle intrinsèquement, par exemple comme une membrane souple et élastique dont l'ouverture, ou passage d'écoulement du liquide vers la portion inférieure (telle 31 lb) du compartiment central (tel 311) se déforme élastiquement en fonction du débit ou de la pression exercée sur elle.
On recommande, pour le rendement, que l'obturateur réglable comprenne une turbine secondaire, tel 13 figure 10.
Celle-ci assurera alors (au moins une part notable d') une perte de charge souhaitable pour contrôler le niveau de liquide dans le compartiment central et la dépression dans le canal d'étranglement, favorisant ainsi un « gavage » adapté de la turbine, y compris si elle est disposée près de la surface libre supérieure du compartiment central. On recommande de coupler les turbines secondaire et principale, pour donc gaver cette dernière de préférence en permanence. Un contrôle électronique de sa charge sera préféré.
Une solution pour réaliser l'obturateur réglage est par ailleurs qu'il soit réalisé sous forme de (ou comprenne) un diaphragme. Celui-ci se réglera alors intrinsèquement, par exemple comme une membrane souple et élastique dont l'ouverture se déforme élastiquement en fonction du débit ou de la pression exercée sur elle.
Le temps de réaction pour ouvrir ou fermer plus ou moins le canal d'étranglement pourra alors être très rapide. La encore, on recommande un couplage avec la turbine principale.
Bien que ceci ne soit pas illustré, le canal 18,318... et/ou l'obturateur réglable pourrai(en)t être situé(s) à l'écart de l'axe de rotation de la première turbine.
On va maintenant revenir sur la solution du dispositif houlo-moteur 5 des figures 3,4.
En particulier grâce à la chambre 510 de répartition du liquide (sur un ou plusieurs niveaux), on va en effet ici favoriser le rendement de la (des) turbine(s) et pouvoir passer d'un apport de liquide discontinu dans le compartiment où se situe la(les) turbine(s), en quelques points, avec des différences de hauteur d'eau variables, à un apport de liquide quasi continu, à la pression maximale à l'instant t, en tous points d'apport, simultanément ou quasi-simultanément.
Si, comme cela est conseillé, on prévoit à la fois cette chambre 510 et les compartiments périphériques 515a, 515b..., cette chambre 510 de répartition (voire celles 51 1a...) sera interposée entre :
- le compartiment central 512, avec lequel 1 chambre de répartition (510, voire 51 1) communique par plusieurs passages ou ouvertures 513a,513b, ...513f qui peuvent être concomitamment ouverts, pour le transfert du liquide, et
- certains au moins des compartiments périphériques 515a, 515b,...515f, desquels ladite chambre de répartition est séparée par la paroi latérale 516 et avec plusieurs desquels elle communique par certains au moins des systèmes de vannes 517a,517b, ...517f qui peuvent également être concomitamment ouverts pour ceux qui alimentent en liquide la chambre intermédiaire (voir 517b,517c figure 4) au moment considéré, alors que le dispositif est incliné/oscille.
Ainsi, de l'axe principal, central A vers l'extérieur, on trouve successivement, et dans l'exemple de manière concentrique, le compartiment central 512, la(les) chambre(s) de répartition 510,51 1 et des compartiments périphériques 515a,515b,...515f. Comme précédemment ces compartiments périphériques définissent donc des ballasts.
Les chambres 510,511 sont superposées. La chambre supérieure 511 peut communiquer avec celle 510 du dessous par des clapets 529 (fig.3), de préférence alors pilotés à l'ouverture et à la fermeture.
Pour être le plus efficace possible dans l'apport au compartiment central 512 et donc à l'entretien du vortex et de la rotation la turbine 519 couplée à l'alternateur 520 (figure 3), on recommande que la (chaque) chambre intermédiaire 510,511 soit refermée sur elle-même autour du compartiment central et puisse communiquer avec tous les systèmes de vannes et/ou toutes les ouvertures ou passages 513a,513b, ...513f précités.
Ces ouvertures ou passages pourront consister en des tubes ouverts en permanence, traversant la paroi latérale intérieure 521 qui sépare la chambre de répartition 510,511 du compartiment central 512 et orientés chacun de biais pour favoriser le vortex comme déjà évoqué et illustré figure 4 (alimentation sensiblement tangentielle).
Les systèmes de vannes 517a,517b, ...517f peuvent consister en des clapets anti-retour assurant une circulation du liquide uniquement dans un sens (voir figure 16). Ils peuvent être non pilotés, donc s'ouvrir et/ou se fermer sous la seule sollicitation du liquide en circulation entre les ballasts concernés et la chambre intermédiaire 510.
Selon un mode de réalisation, la (chaque) chambre intermédiaire (que l'on peut dénommer tore d'injection d'eau sous pression) présentera une succession verticale de niveaux.
Ces niveaux sont, ou non, reliés entre eux par des clapets anti-retour, tels 529. Autre solution : dupliquer la structure de « tore » 510, avec alors plusieurs chambres intermédiaires superposées identiques à celle 510, avec ses systèmes de vannes 517a,517b, ... et ses ouvertures ou passages 513a,513b, ... (qui définiront donc typiquement des injecteurs d'eau sensiblement tangentiels). Suivant la hauteur d'eau dans les ballasts périphériques 515a, ...., l'eau pourrait ainsi passer au niveau 510 ou aux niveaux 510 et 511.
Figures 3,4, la chambre de répartition 510 se présente sous la forme d'un réservoir tampon entre les ballasts amont (dans l'exemple 515b,515c) et le compartiment ou bassin central 512. Dans cette configuration, les systèmes de vannes 517a,517b,...et les injecteurs 513a... sont découplés : dès qu'une hauteur de charge liquide existe (lors d'un basculement comme figure 3), la pression fait s'ouvrir le(s) systèmes de vannes 517a,517b, ..., concernés et le liquide transite par la chambre de répartition 510 où il s'y répartit de sorte qu'il s'écoule alors dans le compartiment central par au moins un, et a priori plusieurs, des ouvertures ou passages 513a,513b, ...513f, comme illustré. Parvenu à l'étranglement de fond 523 formé dans la paroi transversale intermédiaire 525 qui sépare les parties respectivement supérieure 512a et inférieure 512b du compartiment central.
Il sera noté que la partie inférieure 512b (peut) s'étend(re) périphériquement au-delà de la verticale de la cloison 521 du compartiment central, et comme ici jusque sous la chambre de répartition 510 et les compartiments périphériques tels 515a,515e .
Dans le mode de réalisation des figures 15, 16, performant en termes de circulation de liquide, une série de clapets anti-retour 527 est disposé entre la partie 525 et chacun des compartiments périphériques 515a,515b, ...515f. Chaque clapet anti-retour 527 peut s'ouvrir pour laisser le liquide parvenu dans la partie 525 passer de cette partie aux compartiments périphériques concernés, à un instant t des mouvements en cours, et se ferme pour éviter une circulation en sens inverse. Les clapets anti-retour 527 pourraient être pilotés pour s'ouvrir et se fermer.
Sur la base des figures 3,4 on comprend donc que, lors des oscillations du dispositif, du liquide, devant passer (toujours en circuit fermé) de plusieurs des compartiments périphériques vers le compartiment central :
- transitera par la(les) chambre(s) de répartition, telle(s) 510 ou 511 puis 510, ce qui permettra d'y collecter le liquide de ces différents compartiments périphériques, et - passera alors de cette chambre de répartition vers le compartiment central par les, ou plusieurs des, passages 513a,513b, ... ouverts dans la chambre de répartition.
Ainsi, quel que soit le mouvement du dispositif/récipient, à l'instant t et dans l'absolu, le niveau de liquide dans au moins un des ballasts amont est supérieur à celui des autres ballasts amont. La chambre intermédiaire, qui contient toujours du liquide en transit, est en contact via les clapets anti-retour 517a,517b, ...avec de préférence tous les ballasts amont, et donc à l'instant t à la pression du ballast le plus haut. La conception du système dans son ensemble fait qu'il existe en permanence un ballast amont dont la hauteur de liquide est égale ou supérieure à celle du bassin/compartiment central 512. Dans le cas considéré, la chambre de répartition se retrouve donc en « surpression » par rapport au bassin/compartiment central. Figure 3, le clapet 517a est alors ouvert et l'écoulement se fait donc naturellement par un nombre important de, voire l'ensemble des, passages 513a,513b,... en même temps, d'où une performance effective de l'écoulement à l'instant t, puisque l'injection dans le bassin/compartiment central 510 est « multi- points ». A l'instant t+Δί, le ballast 515c figure 4 s'est vidé en partie, le mouvement s'est poursuivi et génère une hauteur d'eau absolue maximale supérieure dans un autre ballast (compartiment adjacent, 515b par exemple). Le clapet 517c est alors fermé, tandis que le clapet adjacent 517b s'ouvre, mettant la chambre de répartition 510 à la pression du ballast 515b dans l'exemple et l'écoulement se poursuit à travers un nombre important de, voire l'ensemble des, passages 513a,513b, ...
On aura noté que, dans la solution ci-dessus, les ballasts/ compartiments périphériques tels 515a...515e... ne fonctionneront pas par couple unique entre un ballast amont/ un ballast aval.
A noter aussi que le fonctionnement du couplage hydrolienne/pompes/réseau de distribution/tore d'Injection du houlo- moteur est extrêmement simple et fiable (voir notamment figure 8) :
1) la turbine 133 de l'hydrolienne 14 capte l'énergie du courant et le transforme via ses pales radiales 135 en énergie de rotation de son axe,
2) l'arbre de rotation entraîne mécaniquement la poulie d' entraînement 137
3) la poulie d' entraînement entraine par l'intermédiaire d'une courroie 139 (ou moyens équivalents d' entraînement) la poulie de la pompe attelée 27, 4) cette poulie entraîne l'arbre de la pompe, via un embrayage électronique piloté par le dispositif et embrayant quand l'hydrolienne a atteint le point de fonctionnement optimum,
5) la pompe 27 pompe directement dans le réservoir inférieur du bassin central du dispositif houlo-moteur 5 et rejette directement dans le réseau de distribution 28, qui lui-même oriente suivant la demande de l'automate vers :
a. l'alimentation du tore d'Injection sous Pression (TIP ; conduite 281) du système houlo-moteur et/ou
b. l'alimentation des ballasts de stockage (conduite 283) et/ou c. le remplissage du lest liquide (conduite 285, figure 11).
La solution 5)a. contribue à l'amélioration significative du rendement de l'ensemble turbine (telle 519) + génératrice (520) par une injection multipoints supplémentaire et continue à la pression manométrique du bassin central. Celle-ci, via le TIP 510, ne contrarie pas et vient s'ajouter à l'injection multi-points du système houlo-moteur 5.
La solution 5)b. contribue à l'amélioration significative du rendement de l'ensemble turbine + génératrice par une injection supplémentaire et intermittente à la pression manométrique des ballasts de stockage 310a,310b.... Ces bassins, toujours en surélévation par rapport au bassin central 512, prennent le relais des ballasts amont 515a,515b..., quand la différence de niveau est nulle. L'injection ainsi obtenue, via le TIP 510, entretient le débit dans le bassin central quand l'effet des ballasts « houlo- moteur » est réduit. Les clapets anti-retour 517a, 517b... permettent le fonctionnement simultané des deux sources d'apport de liquide.
Les solutions 5)b. et 5)c. contribuent à l'obtention de l'adéquation de l'ensemble du dispositif aux conditions de houle rencontrées à l'instant t. En effet l'adaptation permanente du niveau de liquide dans les ballasts de stockage 310a,310b...(si prévus) et dans le lest liquide 11 permet de modifier les paramètres physiques du système : position du centre de gravité, position du centre de flottaison, inerties de carènes liquides, inertie de flottaison, rayon métacentrique, répartition des poids, etc ...
Ce dernier point présente une réelle innovation : l'adaptation par le système lui-même de ses paramètres physiques propres pour optimiser son rendement de captage. Le fonctionnement décrit ci-dessus peut être appliqué au couplage de l'éolienne via des pompes auto-amorçantes 23 suivant le schéma de la figure 2.
Selon ce mode de réalisation, le réseau hydraulique 28 sert à acheminer le liquide vers les panneaux solaires. Celui-ci fait office de liquide de refroidissement avant d'être réinjecté dans le TIP.
Le refroidissement des panneaux solaires améliore sensiblement leur rendement interne.
Concernant encore la question du couplage, on relèvera encore ce qui suit :
- relativement à la régulation d'une turbine hydrolienne/éolienne par couplage avec une pompe, celle-ci peut s'effectuer par couplage direct sur le même arbre d'une pompe selon le principe exprimée par les figures 7,8 : Quelle que soit la vitesse du fluide, l'équilibrage du couple moteur (turbine éolienne/hydrolienne) et du couple résistant (pompe idéale) conduiront à une vitesse cot correspondant à la puissance maximale de la configuration à l'instant t : Pt = kco3 : on a défini Γ autorégulation. On pourra alors aspirer toujours à la puissance max de Γ éolienne/hydrolienne pour alimenter le tore en aspirant dans la partie inférieure du compartiment central. On récupère de cette façon la totalité de la puissance de la pompe : débit x Hauteur totale (aspiration + refoulement),
- quant au couplage mécanique entre l'éolienne et la turbine à Vortex, il peut fonctionner selon une « roue libre de vélo », comme schématisé en 210 figure 2 : l'éolienne est entraînée par la turbine 519 lors de son démarrage jusqu'à ce que sa vitesse soit supérieure (système de cliquets internes).
En tant qu'avantages de la solution revendiquée, on relèvera encore ce qui suit :
Il est difficile aujourd'hui de simplifier la chaîne de conversion d'énergie en combinant les générateurs et/ou les convertisseurs de plusieurs sources d'énergie ; la solution présentée le permet.
Cette solution propose une solution globale qui permet soit l'utilisation d'une conversion électrique commune soit l'utilisation d'une génération électrique commune. Ceci doit engendrer une amélioration du rendement du dispositif par rapport aux solutions antérieures connues, en termes à la fois de rendement technique (quantité d'énergie transmise au réseau / quantité d'énergie disponible en entrée via au moins l'hydrolienne et/ou l'éolienne) et économiques (coût de la chaîne génération - conversion / quantité d'énergie produite), ceci en prenant en considération les coûts d'investissement, d'installation et de maintenance de ces unités.
Figure 11, on a schématisé le réseau hydraulique 28, dans la solution des figures 3,4.
Le réseau est alimenté par la/les pompes 23,27 et passe dans l'environnement immédiat des panneaux solaires 15, le liquide en circulation faisant office de liquide de refroidissement de ces panneaux.
Ensuite, le liquide (eau ici) est envoyé vers le/les compartiment(s) périphérique(s), dans l'exemple :510,511a...,515a..., (mais ce pourrait être les compartiments tels 312i ... ou 12i )
Figures 7, 11 le réseau 28 a été bipassé en 287 pour alimenter directement le (volume supérieur du) compartiment central (tel 512), au lieu en particulier ici du tore 510.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de production d'énergie électrique à partir de fluides en mouvement, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une hydrolienne (14) immergeable transformant de l'énergie hydraulique en énergie mécanique, et/ou,
- une éolienne (8) transformant l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique et,
- des moyens (21,25) de couplage pour coupler électromagnétiquement ou électriquement ou mécaniquement Γ hydrolienne et/ou Γ éolienne à au moins une pompe (23,27) à laquelle de l'énergie est ainsi fournie pour fonctionner, et,
- un dispositif houlomoteur (5) comprenant :
— un récipient (50) :
— qui oscille sous l'effet desdits mouvements, autour d'un axe dressé,
comprenant au moins un compartiment périphérique 510,511a...,515a..., 312i ...,12LJ situé autour d'un compartiment central (1 1,311,512), placé en communication fluide avec lui et que la pompe alimente en liquide qu'elle prélève ailleurs, et
— contenant ledit liquide (E) qui, avec les oscillations du récipient, circule, via le compartiment central, et,
— au moins une première turbine (313,519) disposée dans le compartiment central et couplée à un alternateur (22,520) raccordé à une ligne électrique d'alimentation électrique d'une installation (41) extérieure au dispositif et située à distance.
2. Dispositif selon la revendication 1, où les moyens (21,25) de couplage comprennent des moyens générateur pour convertir en électricité l'énergie mécanique issue de l'hydrolienne et/ou de l'éolienne et fournir cette électricité à la pompe pour la faire fonctionner.
3. Dispositif selon la revendication 2, où l'hydrolienne (14) et/ou de l'éolienne (8) comprend(nent) un arbre de sortie entraîné en rotation par des pales de l'hydrolienne et/ou de l'éolienne et les moyens générateur comprennent un alternateur accouplé à l'arbre de sortie et connecté à la pompe.
4. Dispositif selon la revendication 1, où les moyens de couplage (21,25) comprennent des moyens d'accouplement mécanique pour entraîner la pompe à partir de l'énergie mécanique issue de l'hydrolienne et/ou de l'éolienne.
5. Dispositif selon la revendication 1, où les moyens de couplage (21,25) comprennent des moyens d'accouplement électromagnétique comprenant un embrayage électromagnétique d' entraînement de la pompe à partir de l'énergie mécanique issue de l'hydrolienne et/ou de l'éolienne.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, où ladite au moins une pompe (23,27) est une pompe attelée entraînée directement, par un arbre commun de couplage.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, où ledit au moins un compartiment périphérique comprend une chambre (510) de répartition du liquide devant circuler dans le dispositif houlomoteur (5) et qui s'étend continûment autour de l'essentiel au moins du périmètre du compartiment central et la communication fluide comprend une série de passages (513a,513b...) disposés autour du compartiment central (512), là où il est entouré par la chambre (510) de répartition du liquide.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, où ledit au moins un compartiment périphérique comprend :
- une chambre (510) de répartition du liquide devant circuler dans le dispositif houlomoteur (5) qui est fermée sur elle-même autour du compartiment central, et
- une série de passages (513a,513b...) répartis autour du compartiment central (512) pour, en fonction des oscillations, permettre la communication fluide avec lui, tout en laissant le liquide que reçoit ladite chambre (510) de répartition libre de circuler autour dudit compartiment central.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, où ledit au moins un compartiment périphérique comprend plusieurs chambres ballast (12i, 122,..515a,515b...)) entourant le compartiment central et vers lequel les chambres ballast peuvent délivrer du liquide par l'intermédiaire de soupapes.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, qui comprend en outre plusieurs chambres ballast (515a,515b...) entourant le compartiment central (512) et vers lequel les chambres ballast peuvent délivrer du liquide et duquel elles peuvent recevoir du liquide, par l'intermédiaire de soupapes (517a, 517b...).
11. Dispositif selon la revendication 10, où les chambres ballast (515a,515b...) entourent la chambre (512) de répartition du liquide ou sont disposées en élévation par rapport à elle.
12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, où la pompe (23,27) prélève du liquide dans le compartiment central.
13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, où l'hydrolienne (14) , l'éolienne (8) et le dispositif houlomoteur (5) sont disposés sur au moins une structure flottante (3) soumise aux mouvements du liquide sur lequel elle est disposée.
14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes où l'hydrolienne (14), l'éolienne (8) et le dispositif houlomoteur (5) sont disposés ensemble sur une structure flottante (3), l'éolienne et l'hydrolienne étant disposées respectivement au-dessus et en-dessous du dispositif houlomoteur.
15. Dispositif selon l'une des revendications précédentes qui comprend des panneaux solaires (15) mobiles sur une structure (7,53,530) porteuse du dispositif.
16. Dispositif selon la revendication 15, où les panneaux solaires et la structure porteuse définissent une tour (53) qui entoure l'éolienne et des moyens (55) de mobilité sont liés aux panneaux solaires pour ouvrir la tour davantage au passage du vent dans un premier état des panneaux solaires que dans un deuxième état où ils font davantage obstacle au passage du vent vers l'éolienne que dans le premier état.
17. Dispositif selon la revendication 15 ou 16, qui comprend un réseau hydraulique (28) alimenté par ladite au moins une pompe (23,27) et qui passe dans l'environnement immédiat des panneaux solaires (15), le liquide en circulation faisant office de liquide de refroidissement des panneaux solaires, avant d'être envoyé vers ledit au moins un compartiment périphérique (510,511a...,515a..., 312i ..., 12LJ.
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