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WO2024062177A1 - Structure de support flottant à multiples colonnes centrales pour éolienne offshore et procédé d'assemblage d'une telle structure - Google Patents

Structure de support flottant à multiples colonnes centrales pour éolienne offshore et procédé d'assemblage d'une telle structure Download PDF

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Publication number
WO2024062177A1
WO2024062177A1 PCT/FR2023/051396 FR2023051396W WO2024062177A1 WO 2024062177 A1 WO2024062177 A1 WO 2024062177A1 FR 2023051396 W FR2023051396 W FR 2023051396W WO 2024062177 A1 WO2024062177 A1 WO 2024062177A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
floating
wind turbine
flotation
floating support
central
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2023/051396
Other languages
English (en)
Inventor
Eric Kerdiles
Christophe Colmard
Andrea Manca
Hugues GONZALEZ
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.)
Saipem SA
Original Assignee
Saipem SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saipem SA filed Critical Saipem SA
Priority to EP23793420.3A priority Critical patent/EP4590578A1/fr
Priority to AU2023345711A priority patent/AU2023345711A1/en
Priority to CN202380066853.2A priority patent/CN119894765A/zh
Priority to KR1020257009055A priority patent/KR20250051745A/ko
Priority to JP2025516984A priority patent/JP2025531329A/ja
Publication of WO2024062177A1 publication Critical patent/WO2024062177A1/fr
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Ceased legal-status Critical Current

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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Definitions

  • the present invention relates to the general field of offshore wind turbines, that is to say installed offshore, and more particularly to floating support structures for floating offshore wind turbines.
  • the invention also relates to a method of installing an offshore wind turbine provided with such a support structure.
  • An offshore wind turbine aims to use wind energy to produce electricity using a turbine and an electric generator.
  • the floating wind turbines which are concerned by the present invention comprise a turbine generally formed by a motor with several rotating blades with a horizontal axis and an electric generator coupled to the motor, the motor and the generator being fixed to an upper end of a vertical mast (or pylon). The lower end of the mast is mounted on a floating support structure.
  • Semi-submersible floats constitute the most widespread float model currently. It is a steel or concrete foundation which generally takes the form of a tripod with three (or four) cylindrical columns linked together by metal structures. The stability of the structure is ensured thanks to a ballast system which allows the immersion of part of the foundation. This structure is characterized by its large size and reduced draft.
  • WO 2019/106283 describes a semi-submersible float structure and a method of installing a wind turbine provided with such a float structure.
  • TLP type platforms are floats which have the particularity of being mainly submerged, the platform being connected to the seabed by live cables which oppose the rise of the float by exerting a force towards the bottom.
  • the “SPAR” type float is characterized by its cylindrical shape forming an extension of the wind turbine mast. Its stability is given to it by a heavy ballast which lowers the center of gravity of the assembly and which is equipped with catenary anchors allowing the wind turbine to be fixed by hanging on the seabed.
  • WO 2005/021961, WO 2006/121337 and WO 2006/132539 which describe examples of the production of a “SPAR” platform, its anchoring and its installation method at sea.
  • semi-submersible “barge” type floats are in the form of a more compact foundation which is comparable to a rectangular barge pierced in its center and made mainly of concrete or steel.
  • the object of the invention is therefore to propose a floating support structure (of the “SPAR” type, semi-submersible or of the “TLP” type) for an offshore wind turbine which makes it possible to simplify its assembly and accelerate the time of assembly while minimizing the space required on land.
  • a floating support structure of the “SPAR” type, semi-submersible or of the “TLP” type
  • an upper connector centered on the axis of the wind turbine mast and comprising, in an upper part, means for receiving the wind turbine mast and, in a lower part, at least two upper receptacles for receiving an upper end central columns.
  • the invention is remarkable in that it is based on a modular approach for producing the floating support structure.
  • the invention plans to form the floating support pylon using a plurality of identical and independent central columns which are assembled using these connectors.
  • the number of central columns could be 2, 3, 4, 5, 6, etc. and thus vary the design of the floating support structure depending on the conditions of the site where the structure is installed.
  • these central columns, but also the lower and upper connectors can be prefabricated in series on the same model and quickly assembled on site. This results in a simplification of assembly and a saving of time.
  • the floating support pylon may be devoid of a crosspiece so as to form a SPAR type float.
  • each central column can be connected to at least one tubular crosspiece, one end of which opposite the central column constitutes a flotation node spaced radially from the floating support pylon so as to form a semi-submersible type float.
  • each central column is connected, on the one hand at its lower end to at least one radial crosspiece, and on the other hand above its lower end to at least one diagonal crosspiece, the radial crosspiece and the diagonal crosspiece being connected to each other at the level of the flotation node so as to form a unitary floating assembly of triangular shape.
  • each central column is connected, on the one hand at its lower end to at least one first radial crosspiece, and on the other hand above its lower end to at least one second crosspiece radial, the radial crosspieces being connected to one another at the level of the flotation node so as to form a unitary floating assembly of rectangular shape.
  • each floating unit assembly comprises at least one flotation module positioned at its flotation node.
  • Each of these flotation modules may comprise a central rod extending parallel to the axis of the wind turbine mast and on which at least one steel ring and/or at least one ring of non-metallic material are fitted.
  • the axis of the wind turbine mast can be aligned with a center of symmetry of the float. Alternatively, the axis of the mast can be eccentric with respect to a center of symmetry of the float.
  • the respective flotation nodes of the floating unit assemblies are connected to each other by at least one cable, the flotation nodes comprising devices for tensioning the cable.
  • the structure may further comprise at least one flotation element positioned around the cable.
  • each floating unit assembly comprises a ballast piping network housed inside at least one of the crosspieces and the central column.
  • the floating support pylon and/or at least one of the radial crosspieces may comprise at least one central flotation unit.
  • the lower connector is a part independent of the central columns and comprises at least two lower receptacles to each receive a lower end of the central columns.
  • the lower connector is a clamp clamping the respective lower ends of the central columns.
  • the invention also relates to a method of assembling a floating support structure as defined above, comprising a step of dry assembly of the lower end of each central column on the lower connector, followed by by a dry assembly step of the upper connector on the upper end of each central column.
  • the invention also relates to a method of assembling a floating support structure as defined above, successively comprising:
  • the assembly steps can be carried out on a submersible platform allowing the floating support structure to be launched into the water in a calm area protected from swell.
  • the submersible platform is advantageously equipped with a lifting gantry allowing the mast of the wind turbine to be assembled on the upper part of the upper connector of the floating support structure.
  • Figure 1 is a perspective view of a semi-submersible type floating support structure with four floating unit assemblies according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a side view of the floating support structure of Figure 1.
  • Figure 3 is an exploded view of the floating support structure of Figures 1 and 2.
  • Figure 4A is a perspective view of a SPAR type floating support structure according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 4B is an exploded view of a variant of the SPAR type floating support structure according to this second embodiment.
  • Figure 5 is a perspective view of a semi-submersible type floating support structure with three floating unit assemblies according to a third embodiment of the invention.
  • Figure 6 is a perspective view of a semi-submersible type floating support structure with five floating unit assemblies according to a fourth embodiment of the invention.
  • Figure 7 is a perspective view of a semi-submersible type floating support structure with six floating unit assemblies according to a fifth embodiment of the invention.
  • Figure 8 is a perspective view of a floating support structure according to an alternative embodiment of the first embodiment of the invention.
  • Figure 9 is a perspective view of the floating support structure according to another alternative embodiment of the first embodiment of the invention.
  • Figures 10 to 17 are views showing an example of the different stages of an assembly process according to the invention of a floating support structure of Figure 1.
  • Figure 18 shows an example of maintenance on an offshore wind turbine mounted on the floating support structure of Figure 1.
  • Figure 19 is a perspective view of the floating support structure according to yet another alternative embodiment of the first embodiment of the invention with a central flotation unit between the central columns.
  • Figure 20 is a perspective view of an alternative embodiment of the floating support structure according to the third embodiment of the invention.
  • Figure 21 is a perspective view of a floating support structure of the semi-submersible and eccentric type with two floating unit assemblies according to a sixth embodiment of the invention.
  • FIG. 22A Figure 22A shows an alternative embodiment of the floating support structure according to the third embodiment.
  • Figure 22B shows another alternative embodiment of the floating support structure according to the third embodiment.
  • Figure 23 shows an exemplary embodiment of a ballast piping network within a floating support structure according to the invention.
  • Figures 1 to 3 represent a floating support structure 2-1 of the semi-submersible type according to a first embodiment of the invention and intended to receive an offshore wind turbine mast (not shown).
  • the floating support structure 2-1 comprises an assembly between a lower connector 4, an upper connector 6, and a plurality (that is to say at least two, and four in number in the first embodiment of Figures 1 to 3) tubular central columns 8 which are all identical and independent of each other so as to form a pylon fitting into the vertical extension of the mast 9 of the wind turbine.
  • the central columns 8 generally have a diameter of between 2 and 4 meters. They may or may not be reinforced internally. They are typically made using different assembly technologies and are easy to manufacture without significant investment.
  • the lower connector 4 is, in this embodiment, a part independent of the central columns which is centered on a vertical axis X-X of the wind turbine mast and which comprises at least two (at number of four in this exemplary embodiment) lower receptacles 10 regularly distributed around the vertical axis X-X, open upwards and each intended to receive by interlocking complementary shapes the lower end of a central column 8.
  • the upper connector 6 is a part independent of the central columns which is centered on a vertical axis XX of the mast 9 of the wind turbine and which comprises, in a lower part, at least two (four in number on this example of embodiment) upper receptacles 12 regularly distributed around the vertical axis XX, open downwards and each intended to receive by interlocking complementary shapes the upper end of a central column 8.
  • the upper connector 6 further comprises, in an upper part, means for receiving the mast 9 of the wind turbine.
  • these receiving means are in the form of a ring 14 inside which the lower end of the wind turbine mast is fitted before being fixed (by welding for example).
  • the upper connector forms a single piece with at least part of the wind turbine mast.
  • the receptacles 10 of the lower connector and/or the receptacles 12 of the upper connector each comprise a centering guide 16 intended to facilitate the assembly of a corresponding end of the central column.
  • centering guides 16 are in the form of two plates 16a, 16b positioned crosswise and beveled in their respective end parts to form a point.
  • the centering guides can take other forms.
  • the central columns 8 are fixed to the connectors by welding, by gluing or by mechanical assembly.
  • the first embodiment of the invention illustrated in Figures 1 to 3 concerns a “semi-submersible” type float with four floating unit assemblies.
  • unitary floating assembly we mean that, for each central column, at least one radial tubular crosspiece and at least one diagonal tubular crosspiece are provided which are connected, on the one hand to the central column, and on the other hand to a flotation node spaced radially from the floating support pylon.
  • the floating unit assemblies have a triangular shape.
  • a radial tubular crosspiece 20 is connected to a lower end of the column at an angle of between 75° and 90° therewith, and a crosspiece diagonal tubular 22 is connected, on the one hand to the column above the lower end thereof, and on the other hand to a free end of the radial crosspiece by forming with it a flotation node 24 spaced radially from the vertical axis X-X so as to form a floating unitary assembly 18 having a triangular shape.
  • floating unitary elements 18 of triangular shape are preferably all identical to each other, which facilitates, on the one hand, their manufacture, and on the other hand their assembly on the lower and upper connectors.
  • the floating support structure 2-1 has four floating unit assemblies 18 of identical triangular shape which are regularly spaced from each other (that is to say at the same angle of 90°).
  • each floating unit assembly 18 comprises a flotation module 26 which is positioned at its flotation node 24, that is to say at the free end of the radial crosspieces 20 and diagonal 22 opposite to the vertical axis XX of the mast.
  • Each flotation module 26 consists of a central rod 28 which extends parallel to the vertical axis X-X of the mast and on which are fitted at least one steel ring 30 forming a ballast tank and/or minus a ring of non-metallic material 32.
  • each flotation module 26 thus comprises a steel ring 30 surmounted by three rings of non-metallic material 32, two other rings of non-metallic material 32 being mounted under the ring in steel 30.
  • the non-metallic rings 32 are standardized and all identical to each other (in terms of dimensions and material), which makes it possible to adjust their number at each flotation node 24 depending on the installation conditions. of the wind turbine.
  • non-metallic rings 32 are made of non-metallic materials, either solid, or foam or syntactic foam in order to play a flotation role.
  • Non-metallic materials can be thermosets, thermoplastics or elastomers. These non-metallic rings are held on the central rod 28 by any means (for example by circlips).
  • ballast piping (described in conjunction with Figure 23) which is housed inside at least one of the crosspieces 20 , 22 and the central column in order to emerge at a control zone (not shown in the figures) located above the upper connector 6.
  • the respective flotation nodes 24 of the floating unitary assemblies 18 are connected to each other by at least one cable 36, at least some of the flotation nodes being equipped with a device for tensioning the cable.
  • the cables 36 are thus prestressed and make it possible to reduce the overall weight of the floating support structure and to reduce its assembly time.
  • Figure 1 relating to the first embodiment, it may be a plurality of metal cables 36 connecting in pairs the flotation nodes of the floating unit assemblies 18.
  • the tensioning of the cables 36 can be ensured by a screw-nut system, or a hydraulic cylinder (operating in traction) making it possible to pull the end of the cable towards one of the flotation nodes, while the other end of the cable is connected to the neighboring flotation node.
  • a hydraulic cylinder operating in traction
  • a single cable tensioning device can be provided. By tensioning this one, the other cables are also tensioned because, in this variant, the floating unit elements have a possible degree of rotation around the vertical axis X-X at the level of their anchoring in the lower and upper connectors.
  • the single cable passes through the grooves provided at each flotation node, these grooves being provided with blockers (cable clamps) allowing the position of the cable to be fixed once the tension has been obtained.
  • the path of the cable corresponds to the circumference of the floating support structure defined by the floating unit assemblies 18.
  • the tension of the cable or the chain is carried out by a device such as a jack or a screw-nut system fixed to the both ends of the cable (or chain).
  • Figure 4A and Figure 4B represent two variants of a floating support structure 2-2, 2-2' according to a second embodiment of the invention, respectively in perspective and exploded view.
  • the floating support structures 2-2, 2-2' form "SPAR" type floats (for "Single Point Anchor Reservoir”), i.e. say floats of cylindrical shape forming an extension of the mast of the wind turbine.
  • SPAR Single Point Anchor Reservoir
  • the floating support structure 2-2 according to the variant of Figure 4A comprises four tubular central columns 8 which are all identical to each other and independent of each other so as to form a pylon fitting into the vertical extension of the wind turbine mast.
  • the floating support structure 2-2' according to the variant of Figure 4B comprises three tubular central columns 8 which are all identical to each other so as to form a pylon.
  • the central columns 8 forming the pylon of these two floating support structures 2-2, 2-2' all have no crosspiece (both radial and diagonal).
  • Figure 5 is a perspective view of a floating support structure 2-3 according to a third embodiment of the invention.
  • the floating support structure 2-3 forms a semi-submersible float with three floating unit assemblies 18 which are angularly spaced from each other at the same angle of 120°.
  • the cables 36 form a triangle.
  • FIG. 6 is a perspective view of a floating support structure 2-4 according to a fourth embodiment of the invention.
  • the floating support structure 2-4 forms a semi-submersible float with five floating unit assemblies 18 which are angularly spaced from each other at the same angle of 72°.
  • the cables 36 form a pentagon.
  • Figure 7 is a perspective view of a floating support structure 2-5 according to a fifth embodiment of the invention.
  • the floating support structure 2-5 forms a semi-submersible float with six floating unit assemblies 18 which are angularly spaced from each other at the same angle of 60°.
  • the cables 36 form a hexagon.
  • Figure 8 is a perspective view of a floating support structure 2-1' according to a variant embodiment of the first embodiment of the invention, that is to say a floating support structure forming a semi-submersible float with four floating unit assemblies 18 which are angularly spaced from each other at the same angle of 90°.
  • This alternative embodiment has the particularity that flotation elements 38 are positioned around each cable 36.
  • these flotation elements 38 are in the form of foam cylinders mounted around the cables.
  • These flotation elements 38 complement the flotation modules 26 positioned at the level of the flotation nodes of the floating unit assemblies 18.
  • FIG. 9 is a perspective view of a 2-1" floating support structure according to another alternative embodiment of the first embodiment of the invention, that is to say a floating support structure forming a semi-submersible float with four floating unit assemblies 18 which are angularly spaced from each other at the same angle of 90°.
  • This alternative embodiment has the particularity that flotation units 40 are positioned around the radial crosspieces 20 of each floating unit assembly 18.
  • these flotation units 40 are in the form of foam cylinders mounted around the radial crosspieces.
  • these flotation units 40 replace the flotation modules positioned at the flotation nodes 24 of the floating unit assemblies 18.
  • the assembly can be carried out at the dock or on an assembly platform at sea (of the catamaran type) which can be submersible.
  • the use of a submersible catamaran allows you to gain autonomy, not to be dependent on the assembly site and above all on the availability of lifting means on the site.
  • the lower and upper connectors, as well as the floating unit assemblies can be constructed in series.
  • a counterweight 42 of cylindrical shape is placed on the ground on the assembly site, this counterweight being intended to be secured by tendons 50 to the flotation nodes 24 of the floating unit assemblies 18 in order to ensure gravity anchoring of the floating support structure (see the situation illustrated in Figure 18).
  • this counterweight 42 has a central recess 44 intended to receive the lower connector of the floating support structure.
  • the lower connector 4 of the floating support structure is moved (for example using a crane or a lifting gantry) to be positioned in the recess 44 of the counterweight 40. In the absence of such a recess, the lower connector is placed directly on the counterweight.
  • positioning supports 46 are advantageously arranged on the assembly site around the counterweight 42 at the precise locations where the flotation modules of the floating unit assemblies will have to rest.
  • each floating unit element 18 is lifted (using the crane or the gantry). lifting) to vertically introduce the lower end of its central column 8 into one of the receptacles 10 of the lower connector.
  • the floating unitary element is also pivoted around its central column to rest its flotation module 26 on one of the positioning supports 46.
  • Figure 14 represents the progress of the process with the assembly of a second floating unit element 18 on the lower connector 4.
  • Figure 15 represents the structure once all of the floating unit elements 18 have been assembled on the lower connector 4.
  • the next step shown in Figure 16 consists of assembling (using of the crane or assembly gantry) the upper connector 6 on the upper end of the central columns, then to ensure fixing of these parts together (by welding, by gluing or by mechanical assembly).
  • a control platform 48 can then be mounted around the upper end of the upper connector 6.
  • the diagonal crosspieces 22 of at least some of the floating unit assemblies 18 of the floating support structure 2-1 are equipped with pins 56 (see also Figure 1) in order to allow the installation of a temporary platform 58 in order to install a telescopic structure 60.
  • pins 56 can also accommodate other maintenance structures associated with climbing crane options.
  • this central flotation unit 62 (for example a foam cylinder) is inserted vertically along the axis place the upper connector on the upper end of the central columns.
  • such a central flotation unit can be pre-installed on the first central column which is assembled during assembly of the floating support structure.
  • Figure 20 is a perspective view of an alternative embodiment of the floating support structure 2-3' according to the third embodiment of the invention.
  • This alternative embodiment differs from that described in connection with Figure 5 in that the lower connector of the structure does not include lower receptacles for receiving the lower ends of the columns. Here, it is a simple 4' clamp clamping the respective lower ends of the central columns.
  • Figure 21 is a perspective view of a semi-submersible type floating support structure according to a sixth embodiment of the invention which is eccentric.
  • the floating support structure 2-6 only comprises two floating unit assemblies 18 which form between them a angle which is different from 180°. Also, the axis X'-X' of the mast 9 of the wind turbine is eccentric in relation to the center of symmetry of the structure.
  • each of the two floating unit assemblies 18 comprises two flotation modules 26 which are positioned at their respective flotation node 24.
  • the presence of two flotation modules per floating unit assembly can be applied to the floating support structures of other embodiments.
  • this sixth embodiment provides for positioning a central flotation unit 62 between the central columns 8 forming the pylon.
  • Figure 22A and Figure 22B show two alternative embodiments of the 2-3" floating support structure of the semi-submersible type with three floating unit assemblies of rectangular shape according to the third embodiment.
  • each floating unitary assembly 18' has a rectangular shape with a central column 8, as well as two radial crosspieces 20a, 20b (namely a high radial crosspiece 20a and a low radial crosspiece 20b spaced apart 'from one another along the axis X-X of the mast 9) and a diagonal crosspiece 22.
  • the flotation modules 26' are in the form of vertical columns of polygonal (here hexagonal) straight section which can be produced by assembling flat panels.
  • the flotation modules 26" are in the form of vertical columns of cylindrical shape.
  • FIG 23 shows an exemplary embodiment of a ballast piping network within a floating support structure according to the invention (partially shown in the figure), and more particularly within a unitary assembly floating 18 of triangular shape.
  • This ballast piping network thus comprises pipes 64 which are housed inside the radial 20 and diagonal 22 crosspieces of the floating unit assembly. These pipes 64 open at the level of the flotation modules inside ballast compartments 66 and open into the same central pipe 68 housed inside the central column 8 of the floating unit assembly.
  • the central pipe 68 is advantageously provided with a connection system 70 capable of cooperating with a complementary use system 72 housed in the upper connector 6 of the floating support structure.
  • these systems 70, 72 form a “plug and play” type assembly which facilitates the assembly and putting into operation of the floating support structure.

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Abstract

Structure de support flottant à multiples colonnes centrales pour éolienne offshore et procédé d'assemblage d'une telle structure L'invention concerne une structure de support flottant (2-1) pour éolienne offshore, comprenant un connecteur inférieur (4) centré sur un axe (X-X) d'un mât (9) de l'éolienne et comprenant au moins trois réceptacles inférieurs (10) régulièrement répartis autour de l'axe du mât de l'éolienne, un connecteur supérieur (6) centré sur l'axe du mât de l'éolienne et comprenant, dans une partie supérieure, des moyens de réception (14) d'un mât d'éolienne et, dans une partie inférieure, au moins trois réceptacles supérieurs (12) régulièrement répartis autour de l'axe du mât de l'éolienne, et au moins trois colonnes centrales tubulaires (8) identiques qui sont assemblées à une extrémité inférieure dans l'un des réceptacles du connecteur inférieur et à une extrémité supérieure opposée dans l'un des réceptacles du connecteur supérieur (de façon à former un pylône de support flottant s'inscrivant dans le prolongement vertical du mât de l'éolienne. L'invention concerne aussi un procédé d'assemblage d'une telle structure.

Description

Description
Titre de l'invention : Structure de support flottant à multiples colonnes centrales pour éolienne offshore et procédé d'assemblage d'une telle structure
Domaine Technique
[0001] La présente invention se rapporte au domaine général des éoliennes offshore, c'est-à-dire implantées au large des côtes, et plus particulièrement aux structures de support flottant pour éoliennes offshore flottantes.
[0002] L'invention concerne également un procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une telle structure de support.
Technique antérieure
[0003] Une éolienne offshore a pour but d'utiliser l'énergie du vent afin de produire de l'électricité grâce à une turbine et à un générateur électrique. Il existe deux principaux types d'éoliennes offshore : les éoliennes fixes qui sont implantées sur les fonds marins (à de faibles profondeurs typiquement inférieures à 50m), et les éoliennes flottantes qui offrent l'avantage de pouvoir être construites sur terre et implantées dans des zones où la profondeur des fonds marins dépasse typiquement 50m.
[0004] Les éoliennes flottantes qui sont concernées par la présente invention comprennent une turbine généralement formée par un moteur à plusieurs pales rotatives à axe horizontal et un générateur électrique accouplé au moteur, le moteur et le générateur étant fixés à une extrémité supérieure d'un mât (ou pylône) vertical. L'extrémité inférieure du mât est quant à elle montée sur une structure de support flottant.
[0005] Il existe quatre familles principales de structure de support flottant pour éolienne offshore : les flotteurs semi-submersibles, les flotteurs immergés avec câbles tendus (ou plateformes « TLP » pour « Tension-Leg Platform » en anglais), les flotteurs de type « SPAR » (pour « Single Point Anchor Reservoir »), les flotteurs semi-submersibles de type « barge », et flotteurs avec un contrepoids pendulaire
[0006] Les flotteurs semi-submersibles constituent le modèle de flotteur le plus répandu actuellement. Il s'agit d'une fondation en acier ou en béton qui se pré - sente généralement sous la forme d'un trépied avec trois colonnes cylindriques (ou quatre) reliées entre elles par des structures métalliques. La stabilité de la structure est assurée grâce à un système de ballastage qui permet l'immersion d'une partie de la fondation. Cette structure est caractérisée par sa grande taille et son tirant d'eau réduit. On pourra se référer à la publication WO 2019/106283 qui décrit une structure de flotteur semi-submersible et un procédé d'installation d'une éolienne munie d'une telle structure de flotteur.
[0007] Les plateformes de type « TLP » sont des flotteurs qui présentent la particularité d'être majoritairement immergés, la plateforme étant reliée au fond marin par des câbles sous tension qui s'opposent à la remontée du flotteur en exerçant une force vers le fond.
[0008] Le flotteur de type « SPAR » se caractérise par sa forme cylindrique s'inscrivant dans le prolongement du mât de l'éolienne. Sa stabilité lui est conférée par un lourd ballast qui abaisse le centre de gravité de l'ensemble et qui est dotée d’ancrages caténaires permettant de fixer l'éolienne par accrochage au fond marin. On pourra se référer aux publications WO 2005/021961, WO 2006/121337 et WO 2006/132539 qui décrivent des exemples de réalisation d'une plateforme « SPAR », de son ancrage et de son procédé d'installation en mer.
[0009] Enfin, les flotteurs semi-submersibles de type « barge » se présentent sous la forme d'une fondation plus compacte qui est comparable à une barge rectangulaire percée en son centre et constituée principalement de béton ou d'acier.
[0010] La plupart des structures de support flottant n'ont pas été conçues pour s'inscrire dans le cadre d'une industrialisation à grande échelle. En effet, ces flotteurs se composent généralement d'un grand nombre d'éléments à assembler, ce qui nécessite du temps et de la place au sol.
Exposé de l'invention
[0011] L'invention a donc pour objet de proposer une structure de support flottant (de type « SPAR », semi-submersible ou de type « TLP ») pour éolienne offshore qui permette de simplifier son assemblage et d'accélérer le temps d'assemblage tout en minimisant l'espace requis à terre.
[0012] Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à une structure de support flottant à multiples colonnes centrales pour éolienne offshore, comprenant :
- au moins deux colonnes centrales tubulaires identiques et indépendantes qui sont assemblées les unes aux autres autour d'un axe d'un mât de l'éolienne de façon à former un pylône de support flottant s'inscrivant dans le prolongement vertical du mât de l'éolienne ;
- un connecteur inférieur centré sur l'axe du mât de l'éolienne et destiné à assurer un maintien et une reprise des efforts des colonnes centrales au niveau de leur extrémité inférieure respective ; et
- un connecteur supérieur centré sur l'axe du mât de l'éolienne et comprenant, dans une partie supérieure, des moyens de réception du mât de l'éolienne et, dans une partie inférieure, au moins deux réceptacles supérieurs pour recevoir une extrémité supérieure des colonnes centrales.
[0013] L'invention est remarquable en ce qu'elle se base sur une approche modulaire pour la réalisation de la structure de support flottant. En particulier, à partir de connecteurs inférieur et supérieur, l'invention prévoit de former le pylône de support flottant en utilisant une pluralité de colonnes centrales identiques et indépendantes qui sont assemblées grâce à ces connecteurs. Le nombre de colonnes centrales pourra être de 2, 3, 4, 5, 6, etc. et faire varier ainsi le design de la structure de support flottant en fonction des conditions du site d'implantation de la structure. [0014] Du fait que les colonnes centrales soient toutes identiques, cela simplifie grandement l'assemblage de la structure de support flottant. En effet, ces colonnes centrales, mais aussi les connecteurs inférieur et supérieur, peuvent être préfabriquées en série sur un même modèle et rapidement assemblées sur site. Il en résulte une simplification d'assemblage et un gain de temps.
[0015] Le pylône de support flottant peut être dépourvu de traverse de façon à former un flotteur de type SPAR.
[0016] Alternativement, chaque colonne centrale peut être raccordée à au moins une traverse tubulaire dont une extrémité opposée à la colonne centrale constitue un nœud de flottaison espacé radialement du pylône de support flottant de façon à former un flotteur de type semi-submersible.
[0017] Dans une variante, chaque colonne centrale est raccordée, d'une part au niveau de son extrémité inférieure à au moins une traverse radiale, et d'autre part au-dessus de son extrémité inférieure à au moins une traverse diagonale, la traverse radiale et la traverse diagonale étant raccordées l'une à l'autre au niveau du nœud de flottaison de façon à former un ensemble unitaire flottant de forme triangulaire.
[0018] Dans une autre variante, chaque colonne centrale est raccordée, d'une part au niveau de son extrémité inférieure à au moins une première traverse radiale, et d'autre part au-dessus de son extrémité inférieure à au moins une seconde traverse radiale, les traverses radiales étant raccordées l'une à l'autre au niveau du nœud de flottaison de façon à former un ensemble unitaire flottant de forme rectangulaire.
[0019] De façon avantageuse, chaque ensemble unitaire flottant comprend au moins un module de flottaison positionné au niveau de son nœud de flottaison.
[0020] Chacun de ces modules de flottaison peut comprendre une tige centrale s'étendant parallèlement à l'axe du mât de l'éolienne et sur lequel sont emboîtés au moins un anneau en acier et/ou au moins un anneau en matériau non métallique. [0021] L'axe du mât de l'éolienne peut être aligné sur un centre de symétrie du flotteur. Alternativement, l'axe du mât de peut être excentré par rapport à un centre de symétrie du flotteur.
[0022] De préférence, les nœuds de flottaison respectifs des ensembles unitaires flottant sont reliés les uns aux autres par au moins un câble, les nœuds de flottaison comprenant des dispositifs de mise en tension du câble.
[0023] La structure peut comprendre en outre au moins un élément de flottaison positionné autour du câble.
[0024] De préférence, chaque ensemble unitaire flottant comprend un réseau de tuyauterie de ballastage logé à l'intérieur d'au moins l'une des traverses et de la colonne centrale.
[0025] Le pylône de support flottant et/ou au moins l'une des traverses radiales peut comprendre au moins une unité centrale de flottaison.
[0026] Dans une variante, le connecteur inférieur est une pièce indépendante des colonnes centrales et comprend au moins deux réceptacles inférieurs pour recevoir chacun une extrémité inférieure des colonnes centrales.
[0027] Dans une autre variante, le connecteur inférieur est un collier de serrage venant serrer les extrémités inférieures respectives des colonnes centrales.
[0028] L'invention a également pour objet un procédé d'assemblage d'une structure de support flottant telle que définie précédemment, comprenant une étape d'assemblage au sec de l'extrémité inférieure de chaque colonne centrale sur le connecteur inférieur, suivie par une étape d'assemblage au sec du connecteur supérieur sur l'extrémité supérieure de chaque colonne centrale.
[0029] L'invention a encore pour objet un procédé d'assemblage d'une structure de support flottant telle que définie précédemment, comprenant successivement :
- une étape d'assemblage des éléments unitaires flottant sur le connecteur inférieur en soulevant chaque élément unitaire et en le pivotant pour faire reposer le nœud de flottaison sur un support préalablement positionné à terre pour garantir le bon positionnement latéral de l'élément unitaire flottant ; - une étape d'assemblage du connecteur supérieur sur l'extrémité supérieure de la colonne centrale de chaque élément unitaire flottant ; et
- une étape de connexion des colonnes centrales des éléments unitaires flottant aux connecteurs inférieur et supérieur par soudage, par collage ou par assemblage mécanique.
[0030] Les étapes d'assemblage peuvent être réalisées sur une plateforme submersible permettant de mettre à l'eau la structure de support flottant dans une zone calme et protégée de la houle.
[0031] Dans ce cas, la plateforme submersible est avantageusement équipée d'un portique de levage permettant d'assembler le mât de l'éolienne sur la partie supérieure du connecteur supérieur de la structure de support flottant.
Brève description des dessins
[0032] [Fig. 1] La figure 1 est une vue en perspective d'une structure de support flottant de type semi-submersible à quatre ensembles unitaires flottant selon un premier mode de réalisation de l'invention.
[0033] [Fig. 2] La figure 2 est une vue de côté de la structure de support flottant de la figure 1.
[0034] [Fig. 3] La figure 3 est une vue en éclaté de la structure de support flottant des figures 1 et 2.
[0035] [Fig. 4A] La figure 4A est une vue en perspective d'une structure de support flottant de type SPAR selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
[0036] [Fig. 4B] La figure 4B est une vue en éclaté d'une variante de la structure de support flottant de type SPAR selon ce deuxième mode de réalisation.
[0037] [Fig. 5] La figure 5 est une vue en perspective d'une structure de support flottant de type semi-submersible à trois ensembles unitaires flottant selon un troisième mode de réalisation de l'invention. [0038] [Fig. 6] La figure 6 est une vue en perspective d'une structure de support flottant de type semi-submersible à cinq ensembles unitaires flottant selon un quatrième mode de réalisation de l'invention.
[0039] [Fig. 7] La figure 7 est une vue en perspective d'une structure de support flottant de type semi-submersible à six ensembles unitaires flottant selon un cinquième mode de réalisation de l'invention.
[0040] [Fig. 8] La figure 8 est une vue en perspective d'une structure de support flottant selon une variante de réalisation du premier mode de réalisation de l'invention.
[0041] [Fig. 9] La figure 9 est une vue en perspective de la structure de support flottant selon une autre variante de réalisation du premier mode de réalisation de l'invention.
[0042] [Fig. 10] à [Fig. 17] Les figures 10 à 17 sont des vues montrant un exemple des différentes étapes d'un procédé d'assemblage selon l'invention d'une structure de support flottant de la figure 1.
[0043] [Fig. 18] La figure 18 montre un exemple de maintenance sur une éolienne offshore montée sur la structure de support flottant de la figure 1.
[0044] [Fig. 19] La figure 19 est une vue en perspective de la structure de support flottant selon encore une autre variante de réalisation du premier mode de réalisation de l'invention avec une unité centrale de flottaison entre les colonnes centrales.
[0045] [Fig. 20] La figure 20 est une vue en perspective d'une variante de réalisation de la structure de support flottant selon le troisième mode de réalisation de l'invention.
[0046] [Fig. 21] La figure 21 est une vue en perspective d'une structure de support flottant de type semi-submersible et excentrée à deux ensembles unitaires flottant selon un sixième mode de réalisation de l'invention.
[0047] [Fig. 22A] La figure 22A montre une variante de réalisation de la structure de support flottant selon le troisième mode de réalisation. [0048] [Fig. 22B] La figure 22B montre une autre variante de réalisation de la structure de support flottant selon le troisième mode de réalisation.
[0049] [Fig. 23] La figure 23 montre un exemple de réalisation d'un réseau de tuyauterie de ballastage au sein d'une structure de support flottant selon l'invention.
Description des modes de réalisation
[0050] Les figures 1 à 3 représentent une structure de support flottant 2-1 de type semi-submersible selon un premier mode de réalisation de l'invention et destinée à recevoir un mât d'éolienne offshore (non représenté).
[0051]Selon l'invention, la structure de support flottant 2-1 comprend un assemblage entre un connecteur inférieur 4, un connecteur supérieur 6, et une pluralité (c'est-à-dire au moins deux, et au nombre de quatre sur le premier mode de réalisation des figures 1 à 3) colonnes centrales tubulaires 8 qui sont toutes identiques et indépendantes les unes des autres de façon à former un pylône s'inscrivant dans le prolongement vertical du mât 9 de l'éolienne.
[0052] Les colonnes centrales 8 ont généralement un diamètre compris entre 2 et 4 mètres. Elles peuvent être renforcées ou non à l’intérieur. Elles sont typiquement réalisées à partir de différentes technologies d’assemblage et sont faciles à fabriquer sans investissement important.
[0053]Comme représenté sur la figure 3, le connecteur inférieur 4 est, dans ce mode de réalisation, une pièce indépendante des colonnes centrales qui est centrée sur un axe vertical X-X du mât de l'éolienne et qui comprend au moins deux (au nombre de quatre sur cet exemple de réalisation) réceptacles inférieurs 10 régulièrement répartis autour de l'axe vertical X-X, ouverts vers le haut et destinés chacun à recevoir par emboîtement de formes complémentaires l'extrémité inférieure d'une colonne centrale 8.
[0054] De même, le connecteur supérieur 6 est une pièce indépendante des colonnes centrales qui est centrée sur un axe vertical X-X du mât 9 de l'éolienne et qui comprend, dans une partie inférieure, au moins deux (au nombre de quatre sur cet exemple de réalisation) réceptacles supérieurs 12 régulièrement répartis autour de l'axe vertical X-X, ouverts vers le bas et destinés chacun à recevoir par emboîtement de formes complémentaires l'extrémité supérieure d'une colonne centrale 8.
[0055] Le connecteur supérieur 6 comprend en outre, dans une partie supérieure, des moyens de réception du mât 9 de l'éolienne. Typiquement, ces moyens de réception se présentent sous la forme d'une bague 14 à l'intérieur de laquelle est emmanchée avant d'être fixée (par soudage par exemple) l'extrémité inférieure du mât de l'éolienne.
[0056] Bien entendu, il est possible d'envisager d'autres moyens de réception du mât de l'éolienne. De même, il est possible d'envisager que le connecteur supérieur ne fasse qu'une seule et même pièce avec une partie au moins du mât de l'éolienne.
[0057]Quant aux colonnes centrales 8, elles sont toutes identiques, indépendantes les unes des autres, et se présentent chacune sous la forme d'un cylindre qui s'étend verticalement et dont l'extrémité inférieure est emboîtée puis assemblée à l'intérieur de l'un des réceptacles 10 du connecteur inférieur 4, et l'extrémité supérieure est emboîtée puis assemblée à l'intérieur de l'un des réceptacles 12 du connecteur supérieur 6.
[0058] De préférence, comme représenté sur la figure 4B, les réceptacles 10 du connecteur inférieur et/ou les réceptacles 12 du connecteur supérieur comportent chacun un guide de centrage 16 destiné à faciliter l'assemblage d'une extrémité correspondante de colonne centrale.
[0059] Par exemple, dans le mode de réalisation de la figure 4B, ces guides de centrage 16 se présentent sous la forme de deux plaques 16a, 16b positionnées en croix et biseautées dans leur partie terminale respective pour former une pointe. Bien entendu, les guides de centrage peuvent prendre d'autres formes.
[0060] Une fois emmanchées à l'intérieur des réceptacles 10, 12 des connecteurs inférieur et supérieur, les colonnes centrales 8 sont fixés aux connecteurs par soudage, par collage ou par assemblage mécanique. [0061] Le premier mode de réalisation de l'invention illustré par les figures 1 à 3 concerne un flotteur de type « semi-submersible » à quatre ensembles unitaires flottant.
[0062] Par « ensemble unitaire flottant », on entend que, pour chaque colonne centrale, il est prévu au moins une traverse tubulaire radiale et au moins une traverse tubulaire diagonale qui sont raccordées, d’une part à la colonne centrale, et d’autre part à un nœud de flottaison espacé radialement du pylône de support flottant.
[0063] Dans les différents modes de réalisation décrits ci-après (à l'exception de celui décrit en liaison avec les figures 4A, 4B, 22A et 22B), les ensembles unitaires flottant ont une forme triangulaire.
[0064] Plus précisément pour ces modes de réalisation, pour chaque colonne centrale 8, une traverse tubulaire radiale 20 est raccordée à une extrémité inférieure de la colonne en formant un angle compris entre 75° et 90° avec celle- ci, et une traverse tubulaire diagonale 22 est raccordée, d'une part à la colonne au-dessus de l'extrémité inférieure de celle-ci, et d'autre part à une extrémité libre de la traverse radiale en formant avec celle-ci un nœud de flottaison 24 espacé radialement de l'axe vertical X-X de façon à former un ensemble unitaire flottant 18 ayant une forme triangulaire.
[0065]Ces éléments unitaires flottant 18 de forme triangulaire sont de préférence tous identiques entre eux, ce qui facilite, d'une part leur fabrication, et d'autre part leur assemblage sur les connecteurs inférieur et supérieur.
[0066] Dans ce premier mode de réalisation, la structure de support flottant 2-1 présente quatre ensembles unitaires flottant 18 de forme triangulaire identiques qui sont régulièrement espacés les uns des autres (c'est-à-dire d'un même angle de 90°).
[0067] Bien entendu, les ensembles unitaires flottant peuvent présenter d'autres formes qu'une forme triangulaire en fonction du nombre et de la disposition des traverses radiales et diagonales. De même, ils ne sont pas forcément tous identiques les uns aux autres. [0068] Par ailleurs, chaque ensemble unitaire flottant 18 comprend un module de flottaison 26 qui est positionné au niveau de son nœud de flottaison 24, c'est-à- dire à l'extrémité libre des traverses radiale 20 et diagonale 22 opposée à l'axe vertical X-X du mât.
[0069] Chaque module de flottaison 26 se compose d'une tige centrale 28 qui s'étend parallèlement à l'axe vertical X-X du mât et sur lequel sont emboîtés au moins un anneau en acier 30 formant un réservoir de ballast et/ou au moins un anneau en matériau non métallique 32.
[0070] Dans l'exemple de réalisation des figures 1 et 2, chaque module de flottaison 26 comprend ainsi un anneau en acier 30 surmonté de trois anneaux en matériau non métallique 32, deux autres anneaux matériau non métallique 32 étant montés sous l'anneau en acier 30.
[0071] De façon avantageuse, les anneaux non métallique 32 sont standardisés et tous identiques entre eux (en termes de dimensions et de matériau), ce qui permet d'ajuster leur nombre à chaque nœud de flottaison 24 en fonction des conditions d'implantation de l'éolienne.
[0072]Ces anneaux non métalliques 32 sont réalisés en matériaux non métalliques, soit solides, soit en mousse ou en mousse syntactique afin de jouer un rôle de flottaison. Les matériaux non métalliques peuvent être des thermodurcissables, des thermoplastiques ou des élastomères. Ces anneaux non métalliques sont maintenus sur la tige centrale 28 par tout moyen (par exemple par des circlips).
[0073] De plus, les anneaux en acier 30 formant réservoirs de ballast sont reliés à un réseau de tuyauterie de ballastage (décrit en liaison avec la figure 23) qui est logé à l'intérieur d'au moins l'une des traverses 20, 22 et de la colonne centrale afin de déboucher au niveau d'une zone de contrôle (non représentée sur les figures) située au-dessus du connecteur supérieur 6.
[0074] Les nœuds de flottaison 24 respectifs des ensembles unitaires flottant 18 sont reliés les uns aux autres par au moins un câble 36, au moins certains des nœuds de flottaison étant équipés d'un dispositif de mise en tension du câble. Le ou les câbles 36 sont ainsi précontraints et permettent de réduire le poids global de la structure de support flottant et de diminuer le temps d'assemblage de celle-ci.
[0075]Comme représenté sur la figure 1 relative au premier mode de réalisation, il peut s'agir d'une pluralité de câbles 36 métalliques reliant deux à deux les nœuds de flottaison des ensembles unitaires flottant 18.
[0076] Dans ce cas, la mise en tension des câbles 36 peut être assurée par un système vis-écrou, ou un vérin hydraulique (fonctionnant en traction) permettant de tirer l’extrémité du câble vers l’un des nœuds de flottaison, tandis que l’autre extrémité du câble est connectée au nœud de flottaison voisin. Dans cette configuration, il y a autant de dispositifs de mise en tension des câbles que d'éléments unitaires flottant 18. Ces dispositifs de mise en tension peuvent être amovibles dans le cas de vérins hydrauliques.
[0077] Dans une variante à plusieurs câbles (non représentée), il peut être prévu un seul dispositif de mise en tension du câble. En tendant celui-ci, les autres câbles sont également tendus car, dans cette variante, les éléments unitaires flottant possèdent un degré de rotation possible autour de l’axe vertical X-X au niveau de leur ancrage dans les connecteurs inférieur et supérieur.
[0078] Dans une variante de réalisation non représentée, il peut s'agir d'un même et unique câble ou chaîne métallique qui relie tous les nœuds de flottaison des ensembles unitaires flottant. Dans cette variante, le seul câble passe des rainures ménagées à chaque nœud de flottaison, ces rainures étant munies de bloqueurs (serre-câbles) permettant de fixer la position du câble une fois la tension obtenue. Ainsi, le trajet du câble correspond à la circonférence de la structure de support flottant définie par les ensembles unitaires flottant 18. La tension du câble ou de la chaîne est réalisée par un dispositif tel qu’un vérin ou un système vis-écrou fixé aux deux extrémités du câble (ou de la chaîne).
[0079] Enfin, une alternative possible aux câbles est de recourir à des entretoises horizontales en acier reliant entre eux les nœuds de flottaison des éléments unitaires flottant. Des connecteurs mécaniques rapides assurent alors la liaison entre les entretoises et les nœuds de flottaison afin de réduire au maximum le temps de montage.
[0080] La figure 4A et la figure 4B représentent deux variantes d'une structure de support flottant 2-2, 2-2' selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, respectivement en perspective et en éclaté.
[0081] Les structures de support flottant 2-2, 2-2' selon le deuxième mode de réalisation de l'invention forment des flotteurs de type « SPAR » (pour « Single Point Anchor Reservoir »), c'est-à-dire des flotteurs de forme cylindrique s'inscrivant dans le prolongement du mât de l'éolienne.
[0082] Plus précisément, la structure de support flottant 2-2 selon la variante de la figure 4A comprend quatre colonnes centrales tubulaires 8 qui sont toutes identiques entre elles et indépendantes les unes des autres de façon à former un pylône s'inscrivant dans le prolongement vertical du mât de l'éolienne.
[0083] De même, la structure de support flottant 2-2' selon la variante de la figure 4B comprend trois colonnes centrales tubulaires 8 qui sont toutes identiques entre elles de façon à former un pylône.
[0084] De plus, contrairement au premier mode de réalisation, les colonnes centrales 8 formant le pylône de ces deux structures de support flottant 2-2, 2-2' sont toutes dépourvues de traverse (aussi bien radiales que diagonales).
[0085] La figure 5 est une vue en perspective d'une structure de support flottant 2-3 selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
[0086] Dans ce mode de réalisation, la structure de support flottant 2-3 forme un flotteur semi-submersible à trois ensembles unitaires flottant 18 qui sont espacés angulairement les uns des autres d'un même angle de 120°. Dans cette configuration, les câbles 36 forment un triangle.
[0087] Les autres caractéristiques de cette structure de support flottant sont similaires à celles décrites en liaison avec le premier mode de réalisation.
[0088] La figure 6 est une vue en perspective d'une structure de support flottant 2-4 selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. [0089] Dans ce mode de réalisation, la structure de support flottant 2-4 forme un flotteur semi-submersible à cinq ensembles unitaires flottant 18 qui sont espacés angulairement les uns des autres d'un même angle de 72°. Dans cette configuration, les câbles 36 forment un pentagone.
[0090] Les autres caractéristiques de cette structure de support flottant sont similaires à celles décrites en liaison avec le premier mode de réalisation.
[0091] La figure 7 est une vue en perspective d'une structure de support flottant 2-5 selon un cinquième mode de réalisation de l'invention.
[0092] Dans ce mode de réalisation, la structure de support flottant 2-5 forme un flotteur semi-submersible à six ensembles unitaires flottant 18 qui sont espacés angulairement les uns des autres d'un même angle de 60°. Dans cette configuration, les câbles 36 forment un hexagone.
[0093] Les autres caractéristiques de cette structure de support flottant sont similaires à celles décrites en liaison avec le premier mode de réalisation.
[0094] La figure 8 est une vue en perspective d'une structure de support flottant 2-1' selon une variante de réalisation du premier mode de réalisation de l'invention, c'est-à-dire une structure de support flottant formant un flotteur semi- submersible à quatre ensembles unitaires flottant 18 qui sont espacés angulairement les uns des autres d'un même angle de 90°.
[0095]Cette variante de réalisation présente la particularité que des éléments de flottaison 38 sont positionnés autour de chaque câble 36. Par exemple, ces éléments de flottaison 38 se présentent sous la forme de cylindres en mousse montés autour des câbles.
[0096] Ces éléments de flottaison 38 viennent en complément des modules de flottaison 26 positionnés au niveau des nœuds de flottaison des ensembles unitaires flottant 18.
[0097] Les autres caractéristiques de cette structure de support flottant sont similaires à celles décrites en liaison avec le premier mode de réalisation. [0098] La figure 9 est une vue en perspective d'une structure de support flottant 2- 1" selon une autre variante de réalisation du premier mode de réalisation de l'invention, c'est-à-dire une structure de support flottant formant un flotteur semi-submersible à quatre ensembles unitaires flottant 18 qui sont espacés angulairement les uns des autres d'un même angle de 90°.
[0099]Cette variante de réalisation présente la particularité que des unités de flottaison 40 sont positionnées autour des traverses radiales 20 de chaque ensemble unitaire flottant 18. Par exemple, ces unités de flottaison 40 se présentent sous la forme de cylindres en mousse montés autour des traverses radiales.
[0100] Ici, ces unités de flottaison 40 viennent en remplacement des modules de flottaison positionnés au niveau des noeuds de flottaison 24 des ensembles unitaires flottant 18.
[0101] Les autres caractéristiques de cette structure de support flottant sont similaires à celles décrites en liaison avec le premier mode de réalisation.
[0102] En liaison avec les figures 10 à 17, on décrira maintenant un exemple d'assemblage et d'installation d'une structure de support flottant selon l'invention, en particulier la structure de support flottant 2-5 selon le cinquième mode de réalisation de l'invention.
[0103] Bien entendu, le procédé d'assemblage appliqué aux autres modes de réalisation de l'invention découle de manière évidente de celui décrit ci-après.
[0104] L'assemblage peut être réalisé à quai ou sur une plateforme d'assemblage en mer (de type catamaran) pouvant être submersible. Le recours à un catamaran submersible permet de gagner en autonomie, de ne pas être dépendant du site de montage et surtout de la disponibilité des moyens de levage sur le site.
[0105] Préalablement au démarrage de l'assemblage, les connecteurs inférieur et supérieur, ainsi que les ensembles unitaires flottant peuvent être construits en série.
[0106] Dans une première étape, un contrepoids 42 de forme cylindrique est posé au sol sur le site d'assemblage, ce contrepoids étant destiné à être arrimé par des tendons 50 aux nœuds de flottaison 24 des ensembles unitaires flottant 18 afin d'assurer un ancrage gravitaire de la structure de support flottant (voir la mise en situation illustrée à la figure 18).
[0107] Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 10, ce contrepoids 42 présente un évidement central 44 destiné à recevoir le connecteur inférieur de la structure de support flottant.
[0108]Dans l'étape suivante illustrée par la figure 11, le connecteur inférieur 4 de la structure de support flottant est déplacé (par exemple à l'aide d'une grue ou d'un portique de levage) pour être positionné dans l'évidement 44 du contrepoids 40. En absence d'un tel évidement, le connecteur inférieur est déposé directement sur le contrepoids.
[0109]Au cours de l'étape suivante (figure 12), des supports de positionnement 46 sont avantageusement disposés sur le site d'assemblage autour du contrepoids 42 aux endroits précis où devront reposer les modules de flottaison des ensembles unitaires flottant.
[0110] Ces supports de positionnement 46 permettront un positionnement rapide et précis des éléments unitaires flottant ainsi qu'un ajustement parfait de la verticalité des colonnes centrales lors de la mise en place du connecteur supérieur. Bien entendu, ils seront réutilisables.
[0111]Comme représenté sur la figure 13, les éléments unitaires flottant 18 sont assemblés les uns après les autres sur le connecteur inférieur 4. A cet effet, chaque élément unitaire flottant 18 est soulevé (à l'aide de la grue ou du portique de levage) pour introduire verticalement l'extrémité inférieure de sa colonne centrale 8 dans l'un des réceptacles 10 du connecteur inférieur. L'élément unitaire flottant est également pivoté autour de sa colonne centrale pour faire reposer son module de flottaison 26 sur l'un des supports de positionnement 46.
[0112] La figure 14 représente l'avancement du processus avec l'assemblage d'un second élément unitaire flottant 18 sur le connecteur inférieur 4. [0113] La figure 15 représente la structure une fois l'ensemble des éléments unitaires flottant 18 assemblés sur le connecteur inférieur 4.
[0114] Une fois l'ensemble des éléments unitaires flottant 18 assemblés puis fixés (par soudage, par collage ou par assemblage mécanique) sur le connecteur inférieur 4, l'étape suivante représentée à la figure 16 consiste à assembler (à l'aide de la grue ou du portique d'assemblage) le connecteur supérieur 6 sur l'extrémité supérieure des colonnes centrales, puis d'assurer une fixation de ces pièces entre elles (par soudage, par collage ou par assemblage mécanique).
[0115] Une plateforme de contrôle 48 peut ensuite être montée autour de l'extrémité supérieure du connecteur supérieur 6.
[0116] Dans une dernière étape d'assemblage de la structure de support flottant 2-5 (figure 17), les câbles 36 sont fixés aux nœuds de flottaison 24 respectifs des ensembles unitaires flottant 18 puis sont mis en tension. Le mât et la turbine de l'éolienne peuvent alors être installés à l'aide de la grue ou du portique de levage.
[0117]Comme représenté sur la figure 18, la maintenance de l'éolienne offshore montée sur une structure de support flottant selon l'invention (ici la structure 2-1 à quatre ensembles unitaires flottant de la figure 1) est possible notamment pour permettre le remplacement des composants de la turbine 52 ou des pales 54.
[0118]A cet effet, les traverses diagonales 22 d'au moins certains des ensembles unitaires flottant 18 de la structure de support flottant 2-1 sont équipées de broches 56 (voir également la figure 1) afin de permettre l’installation d’une plateforme temporaire 58 afin d’installer une structure télescopique 60.
[0119]On notera que les broches 56 peuvent également recevoir d’autres structures de maintenance associées à des options de grues grimpantes.
[0120] Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, on notera qu'il est possible, au cours de l'assemblage de la structure de support flottant, d'insérer au moins une unité centrale de flottaison 62 entre les colonnes centrales 8 formant le pylône (voir la figure 19 avec une structure de support flottant 2-1 à quatre ensembles unitaires flottant 18 et la figure 21 avec une structure de support flottant 2-6 à deux ensembles unitaires flottant). Cette unité centrale de flottaison 62 permet d'augmenter la flottaison de la structure de support flottant.
[0121] Ainsi, dans l'exemple illustré sur la figure 19, cette unité centrale de flottaison 62 (par exemple un cylindre en mousse) est insérée verticalement le long de l'axe X-X entre les colonnes centrales avant l'étape de mise en place du connecteur supérieur sur l'extrémité supérieure des colonnes centrales.
[0122] Dans une alternative non représentée sur les figures, une telle unité centrale de flottaison peut être pré-installée sur la première colonne centrale qui est assemblée lors du montage de la structure de support flottant.
[0123] La figure 20 est une vue en perspective d'une variante de réalisation de la structure de support flottant 2-3' selon le troisième mode de réalisation de l'invention.
[0124] Cette variante de réalisation se distingue de celle décrite en liaison avec la figure 5 en ce que le connecteur inférieur de la structure ne comprend pas des réceptacles inférieurs pour recevoir les extrémités inférieures des colonnes. Ici, il s'agit d'un simple collier de serrage 4' venant serrer les extrémités inférieures respectives des colonnes centrales.
[0125] Dans cette variante de réalisation, pour faciliter l'assemblage des colonnes centrales de la structure de support flottant 2-3', un connecteur inférieur du type celui décrit en liaison avec la figure 5 peut être installé temporairement au sol.
[0126] L'ensemble des modes de réalisation de la structure de support flottant selon l'invention qui ont été décrits jusqu'ici concernent des structures dont l'axe X-X du mât de l'éolienne est aligné sur un centre de symétrie du flotteur (le pylône de support flottant est aligné sur le centre de symétrie de la structure).
[0127] Par contraste, la figure 21 est une vue en perspective d'une structure de support flottant de type semi-submersible selon un sixième mode de réalisation de l'invention qui est excentrée.
[0128] Dans ce sixième mode de réalisation, la structure de support flottant 2-6 ne comprend que deux ensembles unitaires flottant 18 qui forment entre eux un angle qui est différent de 180°. Aussi, l'axe X'-X' du mât 9 de l'éolienne est excentré par rapport au centre de symétrie de la structure.
[0129] De plus, dans ce sixième mode de réalisation, chacun des deux ensembles unitaires flottant 18 comprend deux modules de flottaison 26 qui sont positionné au niveau de leur nœud de flottaison 24 respectif. Bien entendu, la présence de deux modules de flottaison par ensemble unitaire flottant peut s'appliquer aux structures de support de flottant des autres modes de réalisation.
[0130]Toujours dans ce sixième mode de réalisation, le câble reliant les nœuds de flottaison 24 respectifs des deux ensembles unitaires flottant 18 est remplacé par un élément de contreventement 36'.
[0131] Par ailleurs, ce sixième mode de réalisation prévoit de positionner une unité centrale de flottaison 62 entre les colonnes centrales 8 formant le pylône.
[0132] La figure 22A et la figure 22B montrent deux variantes de réalisation de la structure de support flottant 2-3" de type semi-submersible à trois ensembles unitaires flottant de forme rectangulaire selon le troisième mode de réalisation.
[0133] Dans ces deux variantes de réalisation, chaque ensemble unitaire flottant 18' présente une forme rectangulaire avec une colonne centrale 8, ainsi que deux traverses radiales 20a, 20b (à savoir une traverse radiale haute 20a et une traverse radiale basse 20b espacées l'une de l'autre selon l'axe X-X du mât 9) et une traverse diagonale 22.
[0134] Par ailleurs, dans la variante de réalisation de la figure 22A, les modules de flottaison 26' se présentent sous la forme de colonnes verticales de section droite polygonale (ici hexagonale) qui peuvent être réalisées par assemblage de panneaux plans.
[0135] Dans la variante de réalisation de la figure 22B, les modules de flottaison 26" se présentent sous la forme de colonnes verticales de forme cylindrique.
[0136] La figure 23 montre un exemple de réalisation d'un réseau de tuyauterie de ballastage au sein d'une structure de support flottant selon l'invention (partiellement représentée sur la figure), et plus particulièrement au sein d'un ensemble unitaire flottant 18 de forme triangulaire. [0137]Ce réseau de tuyauterie de ballastage comprend ainsi des canalisations 64 qui sont logées à l'intérieur des traverses radiale 20 et diagonale 22 de l'ensemble unitaire flottant. Ces canalisations 64 débouchent au niveau des modules de flottaison à l'intérieur de compartiments de ballastage 66 et s'ouvrent dans une même conduite centrale 68 logée à l'intérieur de la colonne centrale 8 de l'ensemble unitaire flottant.
[0138]Au niveau de son extrémité supérieure, la conduite centrale 68 est avantageusement munie d'un système de branchement 70 apte à coopérer avec un système d'utilisation complémentaire 72 logé dans le connecteur supérieur 6 de la structure de support flottant. En d'autres termes, ces systèmes 70, 72 forment un ensemble de type « plug and play » qui facilite l'assemblage et la mise en fonctionnement de la structure de support flottant.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Structure de support flottant (2-1 à 2-6) à multiples colonnes centrales pour éolienne offshore, comprenant :
- au moins deux colonnes centrales tubulaires (8) identiques et indépendantes qui sont assemblées les unes aux autres autour d'un axe (X-X ; X'-X') d'un mât (9) de l'éolienne de façon à former un pylône de support flottant s'inscrivant dans le prolongement vertical du mât de l'éolienne ;
- un connecteur inférieur (4) centré sur l'axe (X-X) du mât (9) de l'éolienne et destiné à assurer un maintien et une reprise des efforts des colonnes centrales au niveau de leur extrémité inférieure respective ; et
- un connecteur supérieur (6) centré sur l'axe du mât de l'éolienne et comprenant, dans une partie supérieure, des moyens de réception (14) du mât de l'éolienne et, dans une partie inférieure, au moins deux réceptacles supérieurs (12) pour recevoir une extrémité supérieure des colonnes centrales,
- chaque colonne centrale étant raccordée à au moins une traverse tubulaire (20, 22) dont une extrémité opposée à la colonne centrale constitue un nœud de flottaison (24) espacé radialement du pylône de support flottant de façon à former un flotteur de type semi-submersible.
[Revendication 2] Structure selon la revendication 1, dans laquelle chaque colonne centrale (8) est raccordée, d'une part au niveau de son extrémité inférieure à au moins une traverse radiale (20 ; 20a, 20b), et d'autre part au- dessus de son extrémité inférieure à au moins une traverse diagonale (22), la traverse radiale et la traverse diagonale étant raccordées l'une à l'autre au niveau du nœud de flottaison (24) de façon à former un ensemble unitaire flottant (18) de forme triangulaire.
[Revendication 3] Structure selon la revendication 1, dans laquelle chaque colonne centrale (8) est raccordée, d'une part au niveau de son extrémité inférieure à au moins une première traverse radiale (20a), et d'autre part au- dessus de son extrémité inférieure à au moins une seconde traverse radiale (20b), les traverses radiales étant raccordées l'une à l'autre au niveau du nœud de flottaison (24) de façon à former un ensemble unitaire flottant (18) de forme rectangulaire.
[Revendication 4] Structure selon l'une des revendications 2 et 3, dans laquelle chaque ensemble unitaire flottant (18) comprend au moins un module de flottaison (26 ; 26' ; 26") positionné au niveau de son nœud de flottaison (24).
[Revendication 5] Structure selon la revendication 4, dans laquelle chaque module de flottaison (26) comprend une tige centrale (28) s'étendant parallèlement à l'axe (X-X) du mât de l'éolienne et sur lequel sont emboîtés au moins un anneau en acier (30) et/ou au moins un anneau en matériau non métallique (32).
[Revendication 6] Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle l'axe (X-X) du mât (9) de l'éolienne est aligné sur un centre de symétrie du flotteur.
[Revendication 7] Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle l'axe (X'-X') du mât (9) de l'éolienne est excentré par rapport à un centre de symétrie du flotteur.
[Revendication 8] Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, les nœuds de flottaison (24) respectifs des ensembles unitaires flottant sont reliés les uns aux autres par au moins un câble (36), les nœuds de flottaison comprenant des dispositifs de mise en tension du câble.
[Revendication 9] Structure selon la revendication 8, comprenant en outre au moins un élément de flottaison (38) positionné autour du câble (36).
[Revendication 10] Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à
9, dans laquelle chaque ensemble unitaire flottant (18) comprend un réseau de tuyauterie de ballastage logé à l'intérieur d'au moins l'une des traverses (20, 22) et de la colonne centrale (8).
[Revendication 11] Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à
10, dans laquelle le pylône de support flottant et/ou au moins l'une des traverses radiales comprend au moins une unité centrale de flottaison (62). [Revendication 12] Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le connecteur inférieur (4) est une pièce indépendante des colonnes centrales et comprend au moins deux réceptacles inférieurs
(12) pour recevoir chacun une extrémité inférieure des colonnes centrales.
[Revendication 13] Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le connecteur inférieur est un collier de serrage (4Q venant serrer les extrémités inférieures respectives des colonnes centrales.
[Revendication 14] Procédé d'assemblage d'une structure de support flottant selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, comprenant une étape d'assemblage au sec de l'extrémité inférieure de chaque colonne centrale (8) sur le connecteur inférieur (4), suivie par une étape d'assemblage au sec du connecteur supérieur (6) sur l'extrémité supérieure de chaque colonne centrale.
[Revendication 15] Procédé d'assemblage d'une structure de support flottant selon l'une des revendications 2 et 3, comprenant successivement :
- une étape d'assemblage des éléments unitaires flottant (18) sur le connecteur inférieur (4) en soulevant chaque élément unitaire et en le pivotant pour faire reposer le nœud de flottaison (24) sur un support (46) préalablement positionné à terre pour garantir le bon positionnement latéral de l'élément unitaire flottant ;
- une étape d'assemblage du connecteur supérieur (6) sur l'extrémité supérieure de la colonne centrale (8) de chaque élément unitaire flottant (18) ; et
- une étape de connexion des colonnes centrales des éléments unitaires flottant aux connecteurs inférieur et supérieur par soudage, par collage ou par assemblage mécanique.
[Revendication 16] Procédé selon la revendication 15, dans lequel les étapes d'assemblage sont réalisées sur une plateforme submersible permettant de mettre à l'eau la structure de support flottant dans une zone calme et protégée de la houle.
[Revendication 17] Procédé selon la revendication 16, dans lequel la plateforme submersible est équipée d'un portique de levage permettant d'assembler le mât de l'éolienne sur la partie supérieure du connecteur supérieur de la structure de support flottant.
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