Technologie

Rotating Reeling

Rotating Reeling - AWEC 2015

 

 

 

Rotating Reeling

 

 

 

http://awec2015.com/images/posters/AWEC25_Benhaiem-poster.pdf : in Airborne Wind Energy Conference 2015 TU Delft .

 

 

 

 

 

Espace utilisé

www.awec2013.de/pdfs/AWEC_2013_BoA.pdf , p.59 : ratio aire balayée/aire au sol et volume d'espace occupés.

 

 

 

 

 

Crosswind kite

http://energykitesystems.net/PierreBenhaiem/OptimizationRamFlygen.pdf . En résumé pour une vitesse du vent de 5 m/s, la vitesse d'évolution (figures en huit) du FlygenKite est d'environ 20 m/s, la puissance au(x) rotor(s) est donc multipliée par 64. 

 

Informations plus générales:

Un monde de projets The world is our worksite :

programme des communications techniques du Congrès Mondial de l'Energie de Montréal 2010 septembre 12-16 ; voir 14 septembre , session 2.5 . c'est la première fois qu'un tel sujet est abordé dans une des sessions du Congrès Mondial de l'Energie.

 


http://www.energykitesystems.net/OrthoKiteBunch/Presentation2010WEC.pdf  : conférence au Congrès Mondial de l'Energie,Montréal 2010 septembre 12-16.

 

http://www.energykitesystems.net/OrthoKiteBunch/ProjetEOLICARE.pptx 

(20 mo) : Powerpoint de la conférence.


http://energykitesystems.net/PierreBenhaiem/AWEinTheInternationalMeetings.pdf  : les conférences ces dernières années.

 

 

 

 

Et aussi Airborne Seaborne Wind Energy System

Demande de brevet français FR2975445 avec rapport de recherche favorable sans X , sans Y, avec seulement des A

 

 

 

 

Note:le dispositif anti-couple n'est pas montré.Solution de l'expert Joe Faust sur  WheelWindDoublesOneAnchor.jpg  
 

Les éoliennes se développent vers plus de gigantisme sans pouvoir excéder 10 MW offshore par unité en raison des contraintes structurelles,les forces du vent étant perpendiculaires à la tour les augmentant par effet de levier,et le générateur étant installé en hauteur.

Des éoliennes aéroportées en projet permettraient d'exploiter des vents de plus haute altitude plus puissants et réguliers.Cependant les cerfs-volants sont de bons collecteurs mais de mauvais convertisseurs par rapport aux rotors,impliquant des coûts importants d'emplacements marins ou terrestres,car l'acceptabilité quant à la sécurité exige la réservation d'une très important zone non habitée découlant de la longueur des lignes selon toutes les directions du vent.

Il ressort qu’il est nécessaire de sortir autant du paradigme de l’aérogénérateur conventionnel autoporté que du paradigme de l’aérogénérateur aéroporté avant d’envisager la construction d’une unité pouvant rivaliser avec une centrale à charbon,ce avec un minimum d'impact environnemental.

Donc une troisième voie s'impose et consiste en un mixte entre éolienne autoportée et éolienne aéroportée.Le système présenté ne comporte pas de tour,et comprend un rotor dont l'anneau périphérique entraîne les générateurs placés dans une station au niveau de la mer,ce qui permet de limiter les masses en hauteur.Le rotor bénéficie d'un double maintien,marin (station),et aérien (suspentes).Il est donc possible d'augmenter de beaucoup les dimensions du rotor puisque les forces sont dans la direction des suspentes.Avec un seul ancrage pour une puissance équivalente à celle d'une ferme d'éoliennes, l'impact environnemental est considérablement réduit.


Une étude économique est assortie au dispositif.En effet malgré un bien meilleur facteur de charge de l'éolien offshore le stockage de toutes les énergies intermittentes est nécessaire.Deux schémas sont envisagés.

Premier schéma,technico-économique:accompagnement de l'essor considérable de la voiture électrique,selon la mise en place d'un complexe de recharge de batteries de véhicules électriques en réseau fermé non connecté au réseau électrique général,ce qui permet un contournement productif du problème de l'intermittence et de sa difficile gestion pour le réseau général.Ainsi une synergie entre les secteurs industriels concernés viserait à mutualiser les R&D.

Deuxième schéma,politico-économique:indexation des prix de l'électricité sur le prévisionnel météorologique. Lorsque de forts vents sont  annoncés les utilisateurs peuvent prévoir de faire fonctionner leurs équipements tels que la machine à laver au tarif réduit.

 

Le rotor convertit l'énergie du vent tout en générant une portance à la manière d'un rotor d'autogire.Le rotor est porté à la fois par l'air au moyen des suspentes,et par la mer par appui sur la station flottante contenant les générateurs.

En position de repos le mât flottant,relié à l'unique ancrage par un câble, soutient le rotor par son moyeu.Le mât n'a pas pour fonction d'assurer le maintien du rotor lors de la phase productive.Dès lors il ne subit que très peu de contraintes et est réalisé selon une structure légère.

Lors de la phase d'action à cabrer du rotor pour  la mise en production les générateurs travaillent dans un premier temps en tant que moteurs pour assister le rotor dans sa prise de tours.Le rotor reste fixé à la station tandis que sa partie opposée est libre bien que pendant sur l'eau (ce que ne montre pas l'animation) sans toutefois s'enfoncer grâce au soutien du mât,ce dans une position prédéfinissant un angle d'incidence potentiel. Lorsque de temps à autre une part du rotor prend un peu incidence,le vent finit par s'engouffrer et l'ensemble de la partie auvent du rotor se cabre.La portance ainsi que la traînée sont utilisées,de plus en plus la traînée au fur et à mesure que l'angle d'incidence augmente.

La station flottante est contrôlée par un câble fixé à l'unique ancrage,et est positionnée en fonction des phases.

Le rotor est à entraînement circonférentiel et fonctionne un peu comme la roue avec dynamo d'une bicyclette,ce qui permet  l'installation de la station et donc des générateurs au niveau de la surface de l'eau,et non en hauteur comme pour les éoliennes conventionnelles.

Les suspentes maintiennent le rotor lequel s'appuie également sur la station laquelle s'arc-boute grâce à son câble en produisant un contre couple permettant la rotation et la transmission du rotor.

Par une utilisation appropriée de la chaîne des efforts il est donc possible de minimiser l'impact structurel et d'accroître les dimensions de la turbine avec un seul ancrage.

Un seul ASWES a donc un même potentiel de puissance qu'une ferme d'éoliennes offshore et leur multitude d'ancrages.

 

Wind turbines evolve towards more gigantic size without being however able to exceed 10 MW by offshore unity due to structural constraints,forces being perpendicular in tower.

Airborne Wind Energy Systems (AWES) are expected to harness higher wind altitudes.However crosswind kites are good collectors but bad converters in comparison with (crosswind by definition) rotors,involving important costs of ground and marine locations,because the acceptability regarding safety requires the reservation of a very important not inhabited zone according to the product of the length of tethers with all directions of wind.

So a third way is searching about a mix between wind tower and AWES.Since offshore seems to be a promising objective,and since wind power is not so different offshore according to altitudes,goals become a little different: harnessing high swept areas of winds in high and low altitudes with a light environmental impact rather than HAWE at all costs,jet-streams being in part.The presented ASWES gathers a rotor working as transmission supported both by the sea (station generators) and the air (tethers),allowing scaling up with only one anchor.Airborne component allows structural reductions,forces being in the direction of tethers.

An economic study is accompanied in the device. Indeed in spite of a much better capacity factor of offshore wind energy the storage of all occasional energies is necessary.Two plans are envisaged.

First (technical and economic) plan:support of the huge development of the electric car,according to the implementation of a complex of electric vehicles in closed grid not connected to the general electricity grid,what allows a productive bypassing of the problem of wind irregularity and its difficult management for the general grid.So a synergy between the concerned branches of industry would aim at mutualizing the R&D.

Second (political and economic) plan:indexation of the electricity price on projected meteorological.When strong winds are announced the users can plan to put on their equipments such as the washing machine in the reduced rate.

 

The rotor converts the wind energy while generating a lift in the style of a rotor of autogiro.The rotor is both airborne by means of tethers,and seaborne by support on the floating station containing generators.

In rest position the floating mast, connected with the single anchoring by a cable,supports the rotor by its hub.

Phase of rotor rearing for production: generators work as motors then wind takes the place when the angle of incidence is enough large.The station is (always) held at sea level by the submarine cable while the opposite part of the rotor is free,but tilts towards at sea level (the animation does not show it) because of its weight but not being pushed strong in the water thanks to the support by the mast until take-off.So the rotor turns while the submarine cable is drawn making the station to prop up and the opposite part of rotor rearing a little, allowing sometimes a little angle opening a window for wind rushing,that allowing the angle to extend in the whole half part of rotor situated upwind,then the angle to increase.During the phase of rearing all tethers are also useful for the control and the balancing of the rotor,that while the cable of the mast is unwound.Lift and drag are used,more and more drag when the angle increases.

The mast does not have to assure the preservation of the rotor during the productive phase.So the mast undergoes  only very few constraints and is realized according to a light structure.The floating station is controlled by a cable fixed to the single anchoring,and is positioned according to the phases.

The rotor works also as tangential transmission,a little like the wheel of bicycle with a dynamo,allowing generators to be at sea level unlike conventional wind turbines.

The line cascade maintain the rotor which also leans on the station which props up thanks to its cable by producing some counter  torque allowing both the rotation and transmission of the rotor.

By an appropriate use of the chain of the efforts it is thus possible to minimize the structural impact and to increase the dimensions of the turbine with a single anchoring.

A single ASWES thus has the same potential of power as the offshore farm of wind turbines and their multitude of anchors.