AEROGENERATRICE COMPRENANT PLUSIEURS TELS ENSEMBLES

AEROGENERATEURS La présente invention concerne un ensemble aérogénérateur du type comprenant un caisson, une turbine, un générateur et un accumulateur électrique. Par ailleurs, la présente invention concerne une installation aérogénératrice comprenant plusieurs ensembles aérogénérateurs conformes à l'invention.

La présente invention trouve notamment appl ication dans le domaine de l'énergie éolienne et solaire, en particul ier pour produire de l'électricité à coût très faible.

WO03008803A1 décrit un ensemble aérogénérateur comprenant un caisson, un générateur, un accumulateur électrique et une éolienne à hélice tripale qui est agencée sur le caisson avec son axe horizontal et parallèle au vent.

Cependant, une telle éolienne ne peut produire de l'électricité que lorsque la vitesse du vent est comprise entre 8 m/s et 25 m/s. Donc, l'ensemble aérogénérateur de WO03008803A1 ne peut pas produire d'électricité par vent faible ni par vent fort. De plus, l'éolienne à hélice tripale rend l'ensemble aérogénérateur de WO03008803A1 encombrant et risque d'induire une pollution visuelle et sonore. En outre, son coût d'installation et de maintenance est relativement élevé, car l'éolienne doit travailler à une hauteur minimale.

La présente invention vise notamment à résoudre, en tout ou partie, les problèmes mentionnés ci-avant, c'est-à-d i re à construire un ensemble aérogénérateur s'intégrant bien dans le paysage, sans induire de pollution sonore ni visuelle, avec un impact environnemental réduit, lors de l'installation et lors du démantèlement, avec une empreinte carbone de fabrication très faible, tout en augmentant la densité de puissance au mètre carré pour un coût réduit par rapport à l'art antérieur.

À cet effet, l'invention a pour objet un ensemble aérogénérateur comprenant au moins :

un caisson ;

- une turbine ;

un générateur ; et un accumulateur électrique ;

la tu rbine, le générateu r et l'accu m u lateu r électriq ue étant disposés dans le caisson ;

le caisson com portant au moins q uatre parois agencées de façon à former g lobalement un parallélépipède à base rectangu laire, le ca isson présentant au moins deux ouvertures primaires dél im itées respectivement par deux faces opposées du parallélépipède de sorte que le caisson forme un tube agencé pour canal iser un flux d'air entre les deux ouvertures primaires ;

la turbine étant agencée de sorte que l'axe de son rotor s'étend de manière sensiblement orthogonale à chaque arête du parallélépipède qui joint lesd ites faces opposées, la turbine s'étendant substantiellement sur toute la distance séparant deux parois opposées ;

l'ensemble aérogénérateur comprenant en outre au moins deux déflecteurs primaires l iés respectivement au caisson sensiblement le long d 'u ne arête de l 'u ne desd ites faces opposées, de sorte q u'un déflecteur pri ma i re respectif forme g loba l ement u n ang l e obtus avec la face d e l'ouverture primaire correspondante.

Ainsi, cet ensemble d'éolienne à axe perpendiculaire au vent peut fonctionner par vent faible et par très grand vent, tout en présentant un grand rendement aérogénérateur. En effet, les parois du caisson canalisent le flux d'air vers la turbine et les déflecteurs primaires peuvent produire un effet Venturi, ce qu i augmente le débit et la vitesse du flux d'air passant sur la turbine.

Plus précisément, les déflecteurs primaires forment un entonnoir pour le flux d'air. Comme la section d'entrée se rétrécit le long du trajet du flux d'air, la vitesse du flux d'air augmente avant d'entrer dans le caisson, ce qui produit l'effet Venturi. Comme la section de sortie s'agrandit le long du trajet du flux d'air, la pression statique baisse, ce qui tend à aspirer le flux d'air sortant, améliorant ainsi le rendement mécanique du flux d'air.

De plus, un tel ensemble aérogénérateur a un impact environnemental faible, car il produit peu de bruits, car sa hauteur est faible et car il n'a pas de mouvement visible à distance.

En outre, un tel ensemble aérogénérateur est très compact, ce qui le dispense de permis de construire et le rend facile à transporter par terre, mer ou air (hélitreuillage). En outre, son installation et sa maintenance peuvent être réalisées au sol, ce qui réduit fortement son coût d'installation et de fonctionnement.

Comme cet ensemble aérogénérateur intègre tous les composants dans un caisson, son installation est simple et elle le rend immédiatement opérationnel, c'est-à-dire raccordable à un réseau électrique.

Dans la présente demande, le terme « angle obtus » correspond à un angle dièdre, qui est formé en section dans un plan perpendiculaire à l'arête liant le caisson à un déflecteur primaire respectif, et qui est supérieur à 90°.

Selon une variante de l'invention, la ou chaque turbine est conformée pour être entraînée par des flux d'air suivant les deux sens de vent. Chaque ouverture primaire peut former, en alternance, une entrée du flux d'air dans le caisson ou une sortie du flux d'air hors du caisson.

En d'autres termes, la turbine est réversible, ce qui lui permet de travailler, donc de produire de l'électricité, avec un sens de vent ou avec le sens de vent opposé. Par exemple, la turbine et ses aubes peuvent avoir une forme globalement axisymétrique.

Selon u n mod e d e réal isation de l'invention, l'ensemble aérogénérateur comprend au moins deux déflecteurs primaires pour chaque ouverture primaire.

Ainsi, deux ou plus déflecteurs primaires permettent de canaliser le flux d'air avec un grand débit, ce qui augmente l'effet Venturi.

Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque déflecteur primaire est plat et globalement rectangulaire, la longueur du déflecteur primaire étant approximativement égale à la longueur de l'arête à laquelle est lié ledit déflecteur primaire.

Ainsi, un tel déflecteur primaire peut canaliser le flux d'air sur toute la longueur de l'ouverture primaire, ce qui permet de maximiser le débit du flux d'air. De plus, de tels déflecteurs primaires plats ont une géométrie simple, ce qui les rend peu coûteux à fabriquer et à installer. Par exemple, de tels déflecteurs primaires peuvent être formés par les portes d'un container recyclé après avoir servi pour du fret.

Selon une variante de l'invention, chaque déflecteur primaire est incurvé. Dans ce cas, c'est un plan médian du déflecteur primaire forme un angle obtus avec ladite face opposée. Ainsi, de tels déflecteurs primaires incurvés permettent d'optimiser l'effet Venturi.

Selon u n mode de réal isation de l'invention, l'accumulateur électrique est disposé sur une paroi de sol destinée à être placée horizontalement, chaque ouverture primaire étant équipée d'au moins deux déflecteurs primaires liés respectivement aux arêtes verticales et latérales d'une ouverture primaire respective.

Ainsi, un tel agencement accélère le flux entrant et augmente l'effet Venturi, donc le rendement de l'ensemble aérogénérateur.

Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque ouverture primaire est équipée de quatre déflecteurs primaires liés respectivement aux quatre arêtes de chacune desdites faces opposées.

En d'autres termes, ces quatre déflecteurs primaires permettent de former un entonnoir.

Ainsi, un tel agencement accélère davantage le flux entrant et augmente davantage l'effet Venturi, donc le rendement de l'ensemble aérogénérateur.

Selon une variante de l'invention, l'ensemble aérogénérateur comprend quatre déflecteurs primaires pour au moins une, de préférence pour chaque, ouverture primaire. Ainsi, le débit du flux d'air et l'effet Venturi peuvent être augmentés.

Selon une variante de l'invention, au moins une, de préférence chaque, ouverture primaire s'étend sur toute la superficie de l'une desdites faces opposées du parallélépipède. Ainsi, une telle extension d'une ouverture primaire permet d'augmenter voire de maximiser le flux d'air s'écoulant à travers le caisson.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le caisson présente en outre au moins une ouverture secondaire ménagée dans une paroi respective, l'ensemble aérogénérateur comprenant en outre au moins un déflecteur secondaire lié au caisson sensiblement le long d'un bord d'une ouverture secondaire respective, de sorte que chaque déflecteur secondaire présente au moins une position de passage dans laquelle le déflecteur secondaire laisse passer un flux d'air secondaire à travers l'ouverture secondaire.

Ainsi, une telle ouverture secondaire améliore l'effet Venturi donc le rendement de la turbine. De préférence, le caisson présente au moins deux ouvertures secondaires ménagées symétriquement dans deux parois respectives et opposées.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'axe du ou de chaque rotor est substantiellement horizontal .

Ainsi, une telle turbine peut être fixée sur la paroi de sol, ce qui facilite son installation par rapport à une turbine à axe vertical où il faut prévoir une fixation sur la paroi de plafond pour éviter que la turbine ne tourne en porte-à-faux.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la turbine est du type éolienne Panémone à voilure tournante.

Ainsi, une telle turbine présente un rendement très élevé pour une grande plage de vitesses de flux d'air. Donc, une telle turbine peut travailler par vent faible comme par vent fort.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le caisson est formé par un container normalisé recyclé après avoir servi au fret, dont la longueur est de préférence de 20 pieds ou de 40 pieds.

Ainsi, cela permet de recycler des containers usagés, donc de réduire fortement le coût de l'ensemble aérogénérateur et son empreinte carbone due à sa fabrication.

Selon une variante de l'invention, au moins un accumulateur électrique est formé par une batterie de véhicule électrique recyclée après avoir servi au transport.

Ainsi, cela permet de recycler des batterie usagées, donc de réduire l'empreinte carbone de l'ensemble aérogénérateur.

Selon une variante de l'invention, chaque déflecteur primaire est formé par un battant d'une porte du container de fret normalisé. Ainsi, les déflecteurs primaires induisent un coût très faible pour réaliser un ensemble aérogénérateur conforme à l'invention.

Selon u n mod e de réa l isation de l ' i nvention , l'ensemble aérogénérateur comprend en outre au moins un rideau escamotable agencé pour obturer sélectivement toute ou partie d'une ouverture primaire respective.

Ainsi, ce rideau escamotable permet de réguler le débit flux d'air sur la turbine, notamment par vent fort. Selon u n mod e de réa l isation de l ' i nvention , l'ensemble aérogénérateur comprend en outre des chicanes agencées dans le caisson près d'au moins une ouverture primaire.

Ainsi, les chicanes permettent de réduire les bruits générés par le passage du flux d'air sur la turbine.

Selon une variante de l'invention, chaque paroi comporte un blindage. Ainsi, un tel blindage permet de protéger les parois lors du transport, de l'installation et du fonctionnement de l'ensemble aérogénérateur.

Selon une variante de l'invention, l'ensemble aérogénérateur comprend des panneaux photovoltaïques qui s'étendent au moins sur une paroi de toit du caisson.

Ainsi, de tels panneaux photovoltaïques permettent d'augmenter la production d'électricité, pour un coût réduit, car l'infrastructure (caisson, collecteur électrique) est commune à deux modes de production d'électricité, solaire et éolien . Associer un ensemble aérogénérateur et des panneaux photovoltaïques sur une même structure permet de répartir la production d'électricité durant une journée et durant une année. Ainsi, on limite l'impact du caractère intermittent de chacune de ces deux sources d'énergies, ce qui permet de minimiser la nécessité de stocker l'énergie produite.

Par ailleurs, la présente invention concerne une installation aérogénératrice comprenant plusieurs ensembles aérogénérateurs selon l'invention, les ensembles aérogénérateurs étant assemblés entre eux, de préférence juxtaposés et/ou empilés.

Ainsi, une telle installation permet de réaliser un champ d'éolien n e pou r aug menter l 'étend ue d 'explo itation d u vent . Un tel assemblage de caissons permet de réaliser un champ d'éoliennes particulièrement compact et simple à installer.

Selon une variante de l'invention, l'installation aérogénératrice comprend plusieurs ensembles aérogénérateurs dont les caissons sont équipés de panneaux photovoltaïques et disposés en rangées parallèles.

Ainsi, une telle installation aérogénératrice permet de former un parc éolien-solaire, avec une densité de production d'électricité de 10 Watt par mètre carré par heure. Ceci étant une moyenne annuelle.

Une tel le installation aérogénératrice permet d'abaisser le n iveau d'investissement, pour un champ installé, sous 1 000€/kWh de puissance installée et sous 1€/kWh annuel produit, soit 0,05€ par kWh produit, ce qui correspond à un amortissement sur 20 ans. Une telle installation aérogénératrice permet de produire 30000 kWh/an, par ensemble aérogénérateur (environ 5 foyers domestiques).

La présente invention sera bien comprise et ses avantages ressortiront aussi à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un ensemble aérogénérateur conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ;

la figure 2 est une coupe suivant le plan II à la figure 1 ; la figure 3 est une vue de dessus de l'ensemble aérogénérateur de la figure 1 ;

la figure 4 est une vue schématique en perspective d'un ensemble aérogénérateur conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention ;

la figure 5 est vue schématique en perspective illustrant une installation aérogénératrice conforme à l'invention et comprenant plusieurs ensembles aérogénérateurs conformes à l'invention ;

la figure 6 est vue schématique en perspective illustrant une autre installation aérogénératrice conforme à l'invention et comprenant plusieurs ensembles aérogénérateurs conformes à l'invention ; et

la figure 7 est une vue schématique en perspective illustrant encore une autre installation aérogénératrice conforme à l'invention.

Les figures 1, 2 et 3 illustrent un ensemble aérogénérateur 1 comprenant un caisson 2, une turbine 4, un générateur 6 et un accumulateur électrique 8. La turbine 4, le générateur 6 et l'accumulateur électrique 8 sont disposés dans le caisson 2.

Le caisson 2 comporte quatre parois 2.1 , 2.2, 2.3 et 2.4 qui sont agencées de façon à former globalement un parallélépipède à base rectangulaire. Le caisson 2 repose sur un sol 5 qui est substantiellement horizontal. La paroi 2.1 forme une paroi de sol. La paroi 2.3 forme une paroi de plafond. Les parois 2.2 et 2.4 forment des parois latérales, qui sont verticales lorsque le sol 5 est horizontal.

Le caisson 2 présente deux ouvertures primaires 11 et 12 qui sont délimitées respectivement par deux faces opposées du parallélépipède formé par les parois 2.1, 2.2, 2.3 et 2.4, de sorte que le caisson 2 forme un tube agencé pour canaliser un flux d'air F2, provoqué par le vent, s'écoulant entre les deux ouvertures primaires 11 et 12. Dans l'exemple des figures 1, 2 et 3, chaque ouverture primaire 11 ou 12 s'étend sur toute la superficie de la face correspondante du parallélépipède.

Dans l'exemple des figures 1 , 2 et 3, le flux d'air F2 entre dans le caisson 2 par l'ouverture primaire 11 , puis il est canalisé par le tube que forment les parois 2.1, 2.2, 2.3 et 2.4, et enfin il sort du caisson 2 par l'ouverture primaire 12. En traversant le caisson 2, le flux d'air F2 peut entraîner en rotation la turbine 4.

La turbine 4 est du type éolienne Panémone à voilure tournante.

La turbine 4 a ici des aubes à orientations variables en fonction de la position angulaire de l'aube. La turbine 4 est agencée de sorte que l'axe Y4 de son rotor s'étend de manière sensiblement orthogonale à chaque arête du parallélépipède qui joint lesdites faces opposées délimitant les ouvertures primaires 11 et 12. L'axe Y4 du rotor de la turbine 4 est substantiellement horizontal. Des paliers sont fixés fermement au niveau de l'axe Y4 et sur deux parois opposées 2.2 et 2.4, ce qui évite les vibrations de l'ensemble aérogénérateur 1 et ce qui permet à la turbine 4 de produire de l'électricité y compris par vent fort, c'est-à-dire supérieur à 25 m/s.

Comme le montre la figure 3, la turbine 4 s'étend substantiellement sur toute la distance DY séparant deux parois 2.2 et 2.4 opposées.

La turbine 4 est conformée pour être entraînée par des flux d'air suivant les deux sens de vent. Chaque ouverture primaire 11 ou 12 peut former, en alternance, une entrée du flux d'air dans le caisson 2 ou une sortie du flux d'air hors du caisson 2.

L'ensemble aérogénérateur comprend en outre quatre déflecteurs primaires 21 , 22, 23 et 24. Dans l'exemple des figures 1 , 2 et 3, chaque déflecteur primaire est plat et globalement rectangulaire. La longueur L21 du déflecteur primaire 21 ou équivalent est approximativement égale à la longueur de l'arête à laquelle est lié ce déflecteur primaire 21 ou équivalent.

Chaque déflecteur primaire 21, 22, 23 ou 24 est lié au caisson 2 sensiblement le long d'une arête de l'une desdites faces opposées délimitant une ouverture primaire 11 ou 12. En l'occurrence, chaque ouverture primaire 11 ou 12 est pourvue de deux déflecteurs primaires respectifs 21 et 22 ou 23 et 24.

L'accumulateur électrique 8 est disposé sur la paroi de sol qui est placée horizontalement. Chaque ouverture primaire 11 ou 12 est équipée de deux déflecteurs primaires 21 et 22 ou 23 et 24 qui sont liés respectivement aux arêtes verticales et latérales de cette ouverture primaire 11 ou 12. Chacune de ces arêtes peut être qualifiée de « latérale » par rapport à un axe central du parallélépipède formant le caisson 2.

Le déflecteur primaire 21 est lié au caisson 2 le long de l'arête verticale droite, vue de l'intérieur du caisson 2, de la face délimitant l'ouverture primaire 11. Le déflecteur primaire 22 est lié au caisson 2 le long de l'arête verticale gauche, vue de l'intérieur du caisson 2, de la face délimitant l'ouverture primaire 11. Le déflecteur primaire 23 est lié au caisson 2 le long de l'arête verticale gauche, vue de l'intérieur du caisson 2, de la face délimitant l'ouverture primaire 12. Le déflecteur primaire 24 est lié au caisson 2 le long de l'arête verticale droite, vue de l'intérieur du caisson 2, de la face délimitant l'ouverture primaire 12.

En l'occurrence, le caisson 2 est formé par un container normalisé, qui a été recyclé après avoir servi au fret, et dont la longueur est de 40 pieds (12,20 m). Chaque déflecteur primaire 21 , 22, 23 ou 24 est formé par un battant d'une porte du container de fret normalisé.

Chaque liaison du caisson 2 à un déflecteur primaire respectif

21, 22, 23 ou 24 est conformée de sorte que chaque déflecteur primaire 21,

22, 23 ou 24 forme globalement un angle obtus respectif A21 , A22, A23 ou A24 avec la face de l'ouverture primaire correspondante 11 ou 12.

Chacun des angles obtus A21, A22, A23 et A24 vaut environ 120° dans le plan de la figure 3. Les angles obtus A21, A22, A23 et A24 sont des angles dièdres formés entre le demi-plan du déflecteur primaire et le demi-plan de l'ouverture primaire. Su ivant le sens du vent, donc du flux d'air F2, les déflecteurs primaires 21 et 22 servent d'entonnoirs pour le flux d'air F2. La section d'entrée va en se rétrécissant le long du trajet du flux d'air F2. Donc la vitesse du flux d'air F2 augmente avant d'entrer dans le caisson 2, ce qui produit l'effet Venturi.

Les déflecteurs primaires 23 et 24 sont agencés de sorte que la section de sortie va en s'agrandissant le long du trajet du flux d'air F2, ce qui abaisse la pression statique, donc aspire le flux d'air F2 sortant du caisson 2, améliorant ainsi le rendement mécanique du flux d'air.

Par ail leurs, le caisson 2 présente en outre deux ouvertures secondaires 31 et 32 qui sont ménagées dans la paroi 2.3. L'ensemble aérogénérateur 1 comprend en outre deux déflecteurs secondaires 34 et 36 qui sont liés au caisson 2 sensiblement le long d'un bord d'une ouverture secondaire respective 31 ou 32.

Le déflecteur secondaire 34 remplit sensiblement la même fonction que les déflecteurs primaires 21 et 22. Le déflecteur secondaire 36 remplit sensiblement la même fonction que les déflecteurs primaires 23 et 24.

Chaque liaison du caisson 2 à un déflecteur secondaire respectif 34 ou 36 est conformée de sorte que chaque déflecteur secondaire 34 ou 36 présente au moins une position de passage (figures 1 , 2 et 3) dans laquelle le déflecteur secondaire 34 ou 36 laisse passer un flux d'air secondaire F31 à travers l'ouverture secondaire 31 ou 32.

Com m e l e montre l a fig u re 2 , l 'ensemble aérogénérateur 1 comprend en outre un rideau escamotable 40 qu i est agencé pour obturer sélectivement toute l'ouverture primaire 1 1 . Le rideau escamotable 40 est un rideau enroulable, associé à un moteur d'enroulement. En position déroulée, le rideau escamotable 40 obture toute l'ouverture primaire 1 1 . En position intermédiaire, le rideau escamotable 40 obtu re u n e pa rtie d e l 'ouverture primaire 1 1 . Le rideau escamotable 40 permet donc de régler le débit du flux d'air F2.

La figure 4 illustre un ensemble aérogénérateur 201 conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans la mesure où l'ensemble aérogénérateur 20 1 e st s i m i l a i re à l 'ensemble aérogénérateur 1 , la description de l'ensemble aérogénérateur 1 donnée ci-avant en relation avec les figures 1 à 3 peut être transposée à l'ensemble aérogénérateur 201 , à l'exception notable des différences énoncées ci-après. Un élément ou un composant de l'ensemble aérogénérateur 201 identique ou correspondant, par sa structure ou par sa fonction, à un élément ou à un composant de l'ensemble aérogénérateur 1 porte la même référence numérique augmentée de 200.

On définit ainsi un caisson 202 avec des parois 202.1, 202.2,

202.3 et 202.4, un flux d'air F202, une turbine 204, des ouvertures primaires 211 et 212 et des déflecteurs primaires 221 et 222.

L'ensemble aérogénérateur 201 diffère de l'ensemble aérogénérateur 1, car les ouvertures primaires 211 et 212 sont délimités par des faces opposées du caisson 202 qui ont de grandes superficies.

De plus, l'ensemble aérogénérateur 201 diffère de l'ensemble aérogénérateur 1, car la turbine 204 s'étend le long de la plus grande dimension longueur du caisson 202.

Par ailleurs, l'ensemble aérogénérateur 201 diffère de l'ensemble aérogénérateur 1, car chaque déflecteur primaire 221 ou 222 peut obturer à lui seul une ouverture primaire respective 211 ou 212.

La figure 5 illustre une installation aérogénératrice 400 conforme à l'invention, dans laquelle les ensembles aérogénérateurs sont juxtaposés sur le toit d'un immeuble. Cette installation aérogénératrice peut alimenter des foyers de immeuble en électricité.

La figure 6 illustre une installation aérogénératrice 500 conforme à l'invention, dans laquelle les ensembles aérogénérateurs sont empilés en pyramide, ce qui permet de capter du vent sur une certaine hauteur.

La figure 7 illustre une installation aérogénératrice 600 conforme à l'invention et comprenant plusieurs ensembles aérogénérateurs 601. Chaque ensemble aérogénérateur 601 comprend des panneaux photovoltaïques 650 qui s'étendent sur une paroi de toit 602.3 du caisson 602 et sur toute la surface supérieure d'un ensemble aérogénérateur respectif 601.

Les ensembles aérogénérateurs 601 sont alignés en rangées placées à des altitudes différentes, pour éviter les interférences de flux d'air d'une rangée à l'autre. L'ensemble de ces rangées parallèles, disposées à flanc de montagne, peut former un entonnoir géant, produisant un effet Venturi, ce qui accélère les flux d'air entrant dans chaque turbine. Pour faciliter la lecture de la figure 7, seuls les premiers ensembles aérogénérateurs 601 de chaque rangée sont représentés. Cependant, les rangées peuvent s'étendre sur une grande longueur.