EP4677222A1 - Contrepoids pour flotteur semi-submersible d'éolienne offshore et son procédé d'installation - Google Patents

Contrepoids pour flotteur semi-submersible d'éolienne offshore et son procédé d'installation

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EP4677222A1
EP4677222A1 EP24713517.1A EP24713517A EP4677222A1 EP 4677222 A1 EP4677222 A1 EP 4677222A1 EP 24713517 A EP24713517 A EP 24713517A EP 4677222 A1 EP4677222 A1 EP 4677222A1
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EP
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counterweight
float
wind turbine
offshore wind
airbags
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Application number
EP24713517.1A
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Inventor
Mohamed SOUALMI
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Saipem SA
Original Assignee
Saipem SA
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Publication date
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Definitions

  • the present invention relates to the general field of semi-submersible floats for offshore wind turbines equipped with a pendulum counterweight. It relates more specifically to the counterweight used to ensure the stability of such a float.
  • An offshore wind turbine aims to use wind energy to produce electricity using a turbine and an electric generator.
  • the floating wind turbines to which the present invention relates comprise a turbine generally formed by a motor with several horizontal-axis rotating blades and an electric generator coupled to the motor, the motor and 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.
  • the object of the invention is to propose an alternative counterweight structure for a semi-submersible float of an offshore wind turbine.
  • a counterweight for a semi-submersible float of an offshore wind turbine which can be configured in a sinking state or in a floating state, comprising a main counterweight structure made of a material making it sink when immersed in water, and a plurality of airbags removably attached to the main structure so as to make the counterweight buoyant when the airbags are inflated.
  • the counterweight according to the invention is remarkable in that it is made of a material making it flowable but that it can be configured in a floating being using airbags.
  • it can be configured in a floating being, its towing to the installation site of the wind turbine offshore is greatly facilitated.
  • the main structure can be made of concrete, steel, or composite materials.
  • the main structure may have a cylindrical or polyhedron shape with a plurality of side faces on which the airbags are removably fixed.
  • the main structure may have a hexagonal prism shape.
  • the invention also relates to a method of installing a counterweight as defined above, comprising, in an indeterminate order:
  • the method may include towing the counterweight in its floating state to the offshore wind turbine installation site separately from towing the semi-submersible float of the offshore wind turbine, followed by connecting the pre-installed tendons on the float to the counterweight.
  • the lowering of the counterweight under the semi-submersible float is carried out progressively by using ballast chains and then gradually deflating the airbags.
  • the airbags can be removed from the main structure after being deflated.
  • Figure 1 is a perspective view of a counterweight according to one embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a side view of the counterweight of Figure 1.
  • Figure 3 is a perspective view of a counterweight according to another embodiment of the invention.
  • Figure 4 is a side view of the counterweight of Figure 3.
  • Figure 5 is a view showing an example of towing the counterweight according to the invention for the purpose of its installation.
  • Figure 6 shows the next step of lowering the counterweight under the float for installation.
  • Figure 7 shows the next step of removing the airbags from the counterweight under the float in preparation for installation.
  • Figure 8 is a view of an installed offshore wind turbine whose float is equipped with a counterweight according to the invention.
  • the invention relates to the general field of semi-submersible floats for offshore wind turbines.
  • the stability of these floats is ensured by a counterweight 2 such as that shown in FIGS. 1 and 2.
  • the counterweight 2 can be configured to be flowable (hereinafter referred to as the “flowable state”) or to be floating (hereinafter referred to as the “floating state”).
  • the counterweight 2 comprises a main counterweight structure 4 made of a material making it flowable when immersed in water.
  • this main counterweight structure 4 can be made of concrete, steel, or composite materials.
  • a plurality of airbags 6 are removably attached to the main counterweight structure 4 so as to make the counterweight buoyant when the airbags are inflated.
  • An airbag is a cushion that is formed of a flexible membrane or envelope (as opposed to a rigid element).
  • this main counterweight structure 4 may have a geometric shape of a polyhedron (here a hexagon) having a plurality of lateral faces 4a on which the airbags 6 are removably fixed.
  • each side face 4a of the main counterweight structure 4 are fixed two airbags 6.
  • on the upper face 4b of the main structure 4 are fixed a plurality of additional airbags 6'.
  • the upper face 4b of the main structure 4 also comprises a plurality of pad-eyes 8 to allow the attachment of ballast links (not shown) connecting the counterweight to the semi-submersible float.
  • the main structure 4' of counterweight 2' may have a geometric shape of cylinder on the periphery 4'a of which the airbags are removably fixed (not shown in Figures 3 and 4).
  • the upper face 4'b of the main structure 4' also comprises a plurality of pad-eyes 8 to allow the ballast links to be fixed.
  • the counterweight 2 is intended to ensure the stability of a float 10 of a wind turbine 12, this float being able to be ballastable or non-ballastable, for example by having a structure similar to that described in the publication WO 2019/106283.
  • the deflated airbags 6 are fixed to the main structure of the counterweight 2. Then, the airbags are inflated to make the counterweight buoyant prior to its launching into the water.
  • the counterweight 2 in this floating state is connected under the float 10 by tendons (not shown in Figure 5), launched, and then towed to the offshore wind turbine installation site by two tugs 14 connected to the counterweight by ballast chains 20 and to the float by towing cables 16.
  • the counterweight 2 is then gradually lowered under the float 10 (figure 6), for example by using ballast chains 20 which are gradually removed from the tugs and/or by gradually deflating the airbags 6.
  • the airbags can be removed from the counterweight 2 and the tendons 18 connecting the counterweight to the float 10 become taut and exert a downward force on the latter.
  • the anchor lines 30 are then connected to the float 10 in order to ensure its maintenance in position and the ballast chains can be disconnected from the tug (figure 8).
  • the ballast chains can be permanent.
  • it is intended to carry out the installation and connection by the tendons of the counterweight in its sinking state under the float, followed by the towing of the counterweight and the float to the installation site of the offshore wind turbine.
  • the towing of the counterweight in its floating state can be carried out to the installation site of the offshore wind turbine separately from the towing of the semi-submersible float of the offshore wind turbine.
  • this towing step is followed by the connection of the tendons pre-installed on the float to the counterweight.
  • it may be intended to connect the tendons pre-installed on the float to the counterweight in its floating state, followed by the installation of towing lines comprising tugs, the float and the counterweight in its floating state. The towing of the assembly to the offshore wind turbine installation site is then carried out.

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Abstract

Contrepoids pour flotteur semi-submersible d'éolienne offshore et son procédé d'installation L'invention concerne un contrepoids (2) pour flotteur semi-submersible d'éolienne offshore pouvant être configuré dans un état coulant ou dans un état flottant, comprenant une structure principale (4) de contrepoids réalisée dans un matériau la rendant coulante lorsqu'elle est immergée dans de l'eau, et une pluralité d'airbags (6, 6') fixés de façon amovible à la structure principale de façon à rendre le contrepoids flottant lorsque les airbags sont gonflés. L'invention concerne également un procédé d'installation d'un tel contrepoids.

Description

Description
Titre de l'invention : Contrepoids pour flotteur semi-submersible d'éolienne offshore et son procédé d'installation
Domaine Technique
[0001] La présente invention se rapporte au domaine général des flotteurs semi- submersibles pour éoliennes offshore équipées d'un contrepoids pendulaire. Elle concerne plus précisément le contrepoids utilisé pour assurer la stabilité d'un tel flotteur.
Technique antérieure
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004]II existe plusieurs 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 les flotteurs semi- submersibles avec un contrepoids pendulaire. [0005] 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 contrepoids qui permet l'immersion d'une partie de la fondation. Cette structure est caractérisée par sa grande taille et son tirant d'eau réduit.
[0006]0n 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. Dans cette publication, le contrepoids est constitué par un panier apte à recevoir un matériau de ballast. En pratique, ce panier est transporté vide jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne, puis est rempli progressivement par le matériau de ballast afin de mettre en tension les liens de ballast qui le relient à la structure de support flottant.
Exposé de l'invention
[0007] L'invention a pour objet de proposer une structure alternative de contrepoids pour flotteur semi-submersible d'éolienne offshore.
[0008] Conformément à l'invention, cet objet est atteint grâce à un contrepoids pour flotteur semi-submersible d'éolienne offshore pouvant être configuré dans un état coulant ou dans un état flottant, comprenant une structure principale de contrepoids réalisée dans un matériau la rendant coulante lorsqu'elle est immergée dans de l'eau, et une pluralité d'airbags fixés de façon amovible à la structure principale de façon à rendre le contrepoids flottant lorsque les airbags sont gonflés.
[0009] Le contrepoids selon l'invention est remarquable en ce qu'il est réalisé dans un matériau le rendant coulant mais qu'il peut être configuré dans un étant flottant à l'aide d'airbags. En particulier, du fait qu'il puisse être configuré dans un étant flottant, son remorquage jusqu'au site d'installation de l'éolienne offshore est grandement facilité. En particulier, il n'est pas nécessaire de recourir à une grue offshore pour son installation.
[0010] La structure principale peut être réalisée en béton, en acier, ou en matériaux composites.
[0011] La structure principale peut présenter une forme cylindrique ou de polyèdre avec une pluralité de faces latérales sur lesquelles sont fixés de façon amovible les airbags. Dans ce cas, la structure principale peut présenter une forme de prisme hexagonal.
[0012] L'invention a également pour objet un procédé d'installation d'un contrepoids tel que défini précédemment, comprenant, dans un ordre indéterminé :
- la fixation à quai des airbags dégonflés sur la structure principale ;
- le gonflage des airbags pour rendre le contrepoids flottant préalablement à sa mise à l'eau ;
- la mise à l'eau du contrepoids dans son état flottant ;
- le remorquage du contrepoids jusqu'au site d'installation de l'éolienne offshore ;
- la connexion par l'intermédiaire de tendons du contrepoids sous le flotteur semi-submersible de l'éolienne offshore ; et
- la descente du contrepoids sous le flotteur semi-submersible afin de tendre les tendons et d'exercer sur le flotteur semi-submersible une force vers le bas.
[0013] Le procédé peut comprendre le remorquage du contrepoids dans son état flottant jusqu'au site d'installation de l'éolienne offshore séparément du remorquage du flotteur semi-submersible de l'éolienne offshore, suivi de la connexion des tendons préinstallés sur le flotteur au contrepoids.
[0014]Alternativement, le procédé peut comprendre la mise en place et la connexion par les tendons du contrepoids dans son état coulant sous le flotteur, suivi du remorquage du contrepoids et du flotteur jusqu'au site d'installation de l'éolienne offshore. [0015] Encore alternativement, le procédé peut comprendre la connexion des tendons préinstallés sur le flotteur au contrepoids dans son état flottant, suivi de la mise en place de lignes de remorquage comprenant des remorqueurs, le flotteur et le contrepoids dans son état flottant, suivi du remorquage de l'ensemble jusqu'au site d'installation de l'éolienne offshore.
[0016] De préférence, la descente du contrepoids sous le flotteur semi-submersible est réalisée de façon progressive en utilisant des chaînes de ballastage puis en dégonflant progressivement les airbags. Dans ce cas, les airbags peuvent être retirés de la structure principale après avoir été dégonflés.
Brève description des dessins
[0017] [Fig. 1] La figure 1 est une vue en perspective d'un contrepoids selon un mode de réalisation de l'invention.
[0018] [Fig. 2] La figure 2 est une vue de côté du contrepoids de la figure 1.
[0019] [Fig. 3] La figure 3 est une vue en perspective d'un contrepoids selon un autre mode de réalisation de l'invention.
[0020] [Fig. 4] La figure 4 est une vue de côté du contrepoids de la figure 3.
[0021] [Fig. 5] La figure 5 est vue représentant un exemple de remorquage du contrepoids selon l'invention en vue de son installation.
[0022] [Fig. 6] La figure 6 représente l'étape suivante de descente du contrepoids sous le flotteur en vue de son installation.
[0023] [Fig. 7] La figure 7 représente l'étape suivante de retrait des airbags du contrepoids sous le flotteur en vue de son installation.
[0024] [Fig. 8] La figure 8 est vue d'une éolienne offshore installée dont le flotteur est muni d'un contrepoids selon l'invention.
Description des modes de réalisation [0025] L'invention se rapporte au domaine général des flotteurs semi-submersible pour éolienne offshore. La stabilité de ces flotteurs est assurée grâce à un contrepoids 2 tel que celui représenté sur les figures 1 et 2.
[0026] Selon l'invention, le contrepoids 2 peut être configuré pour être coulant (appelé ci-après « état coulant ») ou pour être flottant (appelé ci-après « état flottant »). Le contrepoids 2 comprend une structure principale 4 de contrepoids réalisée dans un matériau la rendant coulante lorsqu'elle est immergée dans de l'eau.
[0027] Par exemple, cette structure principale 4 de contrepoids peut être réalisée en béton, en acier, ou en matériaux composites.
[0028] Une pluralité d'airbags 6 sont fixés de façon amovible à la structure principale 4 de contrepoids de façon à rendre le contrepoids flottant lorsque les airbags sont gonflés. Un airbag est un coussin qui est formé d'une membrane ou enveloppe souple (par opposition à un élément rigide).
[0029] Par ailleurs, comme représenté sur les figures 1 et 2, cette structure principale 4 de contrepoids peut présenter une forme géométrique de polyèdre (ici un hexagone) ayant une pluralité de faces latérales 4a sur lesquelles sont fixés de façon amovible les airbags 6.
[0030] Plus précisément, sur chaque face latérale 4a de la structure principale 4 de contrepoids sont fixés deux airbags 6. De plus, sur la face supérieure 4b de la structure principale 4 sont fixés une pluralité d'airbags additionnels 6'.
[0031]On notera que la face supérieure 4b de la structure principale 4 comprend également une pluralité d'œillets 8 (ou « pad-eyes » en anglais) pour permettre la fixation de liens de ballast (non représentés) reliant le contrepoids au flotteur semi-submersible.
[0032]Alternativement, comme représenté sur les figures 3 et 4, la structure principale 4' de contrepoids 2' peut présenter une forme géométrique de cylindre sur la périphérie 4'a duquel sont fixés de façon amovible les airbags (non représentés sur les figures 3 et 4). [0033] Comme précédemment, la face supérieure 4'b de la structure principale 4' comprend également une pluralité d'œillets 8 (ou « pad-eyes » en anglais) pour permettre la fixation des liens de ballast.
[0034] En liaison avec les figures 5 à 8, on décrira maintenant un exemple de procédé d'installation d'un contrepoids selon l'invention.
[0035] Dans cet exemple de procédé d'installation, le contrepoids 2 est destiné à assurer la stabilité d'un flotteur 10 d'éolienne 12, ce flotteur pouvant être ballastable ou non ballastable, par exemple en ayant une structure similaire à celle décrite dans la publication WO 2019/106283.
[0036]Au cours d'une étape initiale du procédé qui se déroule à quai, les airbags 6 dégonflés sont fixés sur la structure principale du contrepoids 2. Puis, on réalise un gonflage des airbags pour rendre le contrepoids flottant préalablement à sa mise à l'eau.
[0037] Comme représenté sur la figure 5, le contrepoids 2 dans cet état flottant est connecté sous le flotteur 10 par des tendons (non représentés sur la figure 5), mis à l'eau, puis remorqué jusqu'au site d'installation de l'éolienne offshore par deux remorqueurs 14 reliés au contrepoids par des chaînes de ballastage 20 et au flotteur par des câbles de remorquage 16.
[0038] Le contrepoids 2 est ensuite descendu de façon progressive sous le flotteur 10 (figure 6), par exemple en utilisant des chaînes de ballastage 20 qui sont sorties progressivement des remorqueurs et/ou en dégonflant progressivement les airbags 6.
[0039] Une fois dégonflés, les airbags peuvent être retirés du contrepoids 2 et les tendons 18 reliant le contrepoids au flotteur 10 se tendent et exercent sur ce dernier une force vers le bas.
[0040] Les lignes d'ancrage 30 sont ensuite raccordées au flotteur 10 afin d'assurer son maintien en position et les chaînes de ballastage peuvent être déconnectées du remorqueur (figure 8). Alternativement, les chaînes de ballastage peuvent être permanentes. [0041]0n notera que dans cet exemple de procédé d'installation, il est prévu de réaliser la mise en place et la connexion par les tendons du contrepoids dans son état coulant sous le flotteur, suivi du remorquage du contrepoids et du flotteur jusqu'au site d'installation de l'éolienne offshore. [0042]Alternativement, le remorquage du contrepoids dans son état flottant peut être réalisé jusqu'au site d'installation de l'éolienne offshore séparément du remorquage du flotteur semi-submersible de l'éolienne offshore. Dans ce cas, cette étape de remorquage est suivie de la connexion des tendons préinstallés sur le flotteur au contrepoids. [0043]Alternativement encore, il peut être prévu de connecter les tendons préinstallés sur le flotteur au contrepoids dans son état flottant, étape suivie par la mise en place de lignes de remorquage comprenant des remorqueurs, le flotteur et le contrepoids dans son état flottant. Le remorquage de l'ensemble jusqu'au site d'installation de l'éolienne offshore est alors réalisé.

Claims

Revendications
1. Contrepoids (2 ; 2') pour flotteur semi-submersible (10) d'éolienne offshore (12) pouvant être configuré dans un état coulant ou dans un état flottant, comprenant une structure principale (4 ; 4') de contrepoids réalisée dans un matériau la rendant coulante lorsqu'elle est immergée dans de l'eau, et une pluralité d'airbags (6, 6') fixés de façon amovible à la structure principale de façon à rendre le contrepoids flottant lorsque les airbags sont gonflés.
2. Contrepoids selon la revendication 1, dans lequel la structure principale (4 ; 4') est réalisée en béton, en acier, ou en matériaux composites.
3. Contrepoids selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la structure principale présente une forme cylindrique ou de polyèdre avec une pluralité de faces latérales (4a ; 4'a) sur lesquelles sont fixés de façon amovible les airbags.
4. Contrepoids selon la revendication 3, dans lequel la structure principale présente une forme de prisme hexagonal.
5. Procédé d'installation d'un contrepoids selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant, dans un ordre indéterminé :
- la fixation à quai des airbags (6, 6') dégonflés sur la structure principale ;
- le gonflage des airbags pour rendre le contrepoids (2 ; 2') flottant préalablement à sa mise à l'eau ;
- la mise à l'eau du contrepoids dans son état flottant ;
- le remorquage du contrepoids jusqu'au site d'installation de l'éolienne offshore ;
- la connexion par l'intermédiaire de tendons (18) du contrepoids sous le flotteur semi-submersible (10) de l'éolienne offshore ; et la descente du contrepoids sous le flotteur semi-submersible afin de tendre les tendons et d'exercer sur le flotteur semi-submersible une force vers le bas.
6. Procédé selon la revendication 5, comprenant le remorquage du contrepoids dans son état flottant jusqu'au site d'installation de l'éolienne offshore séparément du remorquage du flotteur semi-submersible de l'éolienne offshore, suivi de la connexion des tendons préinstallés sur le flotteur au contrepoids.
7. Procédé selon la revendication 5, comprenant la mise en place et la connexion par les tendons du contrepoids dans son état coulant sous le flotteur, suivi du remorquage du contrepoids et du flotteur jusqu'au site d'installation de l'éolienne offshore.
8. Procédé selon la revendication 5, comprenant la connexion des tendons préinstallés sur le flotteur au contrepoids dans son état flottant, suivi de la mise en place de lignes de remorquage comprenant des remorqueurs (14), le flotteur (10) et le contrepoids (2 ; 2') dans son état flottant, suivi du remorquage de l'ensemble jusqu'au site d'installation de l'éolienne offshore.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, dans lequel la descente du contrepoids sous le flotteur semi-submersible est réalisée de façon progressive en utilisant des chaines de ballastage (20) puis en dégonflant progressivement les airbags.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel les airbags sont retirés de la structure principale après avoir été dégonflés.
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