WO2019106283A1 - Structure de support flottant pour éolienne offshore et procédé d'installation d'une éolienne munie d'une telle structure de support - Google Patents

Structure de support flottant pour éolienne offshore et procédé d'installation d'une éolienne munie d'une telle structure de support Download PDF

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Frédéric GENTIL
Thierry Delahaye
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Definitions

  • the present invention relates to the general field of offshore wind turbines, that is to say located 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 through a turbine and an electric generator.
  • Floating turbines comprise a turbine generally formed by a motor with several rotating blades with horizontal axis and an electric generator coupled to the engine, the engine and the generator being attached to an upper end of a mast (or pylon) vertical.
  • the lower end of the mast is mounted on a floating support structure.
  • the “spar” platforms nevertheless have a certain number of drawbacks which severely limit their capacity of use in the field of offshore wind.
  • For a high-power wind turbine it is necessary to install the wind turbine to have a minimum depth of the order of a hundred meters to deploy a platform "spar". More generally, it is necessary to have a deep zone and with relatively calm sea conditions to manage the critical phases of turning the platform from the horizontal position to the vertical position, the ballasting of the platform, and the assembly of the turbine over the platform.
  • the use of “spar” platforms requires the use of high capacity crane vessels, which are rare and costly for installing wind turbines on offshore platforms.
  • "spar" platforms have a large drag in the water which limits the speeds of displacement of these platforms in the case of their towing.
  • the stability of a floating wind turbine can be broken down into a static stability problem and a dynamic stability problem.
  • the problem of dynamic stability comes from non-constant forces in time exerting a destabilizing couple for the structure, inducing movements. These are related to fluctuations in wind speed on the wind turbine or waves.
  • the wave energy is mainly concentrated in the first meters of sea below the free surface.
  • Floating support structures mainly located near the free surface such as barges or semi-submersible platforms are highly subject to waves, so that these structures are generally concerned with dynamic stability problems.
  • the present invention therefore has the main purpose of providing a floating support structure for offshore wind which does not have the aforementioned drawbacks.
  • a floating support structure for offshore wind comprising a float intended to be partially immersed and on which is intended to be assembled a wind turbine mast, and a counterweight connected to the float and intended to be immersed under the float
  • the float comprises a main structure of toric or polygonal shape with at least five sides which is formed by at least one tube intended to be immersed, a central tubular structure having a suitable diameter for receiving the mast of the wind turbine and comprising a section adapted to be ballasted in order to adjust the float waterline, a first series of horizontal struts regularly distributed around a vertical axis and connecting the main structure to the central structure , and a second series of oblique strokes evenly distributed around a vertical axis and connecting the main structure to the central structure forming an angle between 15 ° and 60 ° with the horizontal struts; and the counterweight comprises a basket adapted to receive a ballast material and ballast links connecting the basket to the main
  • the invention thus consists of two elements (the float and the counterweight) which are interconnected by ballast links: the floating element is easy to transport, its draft during construction and installation is low, and it is compact and installable by conventional offshore industry solutions, the wind turbine mast and the nacelle can be installed during the construction of the float.
  • the floating support structure according to the invention is remarkable in particular by the minimal structure of the float which has a bicycle wheel shape carried horizontally in which the thrust of Archimedes which is exerted on it would be provided in part by the central tubular structure (corresponding to the hub of the wheel) and partly by the ring-shaped or polygonal structure (corresponding to the tire of the wheel).
  • the particular shape of the main structure of the float makes it possible to obtain a thrust which is distributed continuously around the vertical axis, and not a punctual push. In the same way, this continuity of shape makes it possible to avoid that the forces of the swell on the float do not vary with the variations of incidence, unlike a float which would be in point distribution.
  • such a structure allows to use a float immersion depth which is typically between 15 and 30 m. At such a depth, because of the continuity of shape of the main structure of the float, the floating support structure is almost transparent to the effects of waves and surface currents, which allows the wind to overcome maximum dynamic stability problems. More generally, the wind turbine using such a floating support structure can be installed in economically accessible areas because a minimum water depth of about 70m will suffice.
  • the floating support structure according to the invention allows the exploitation of wind energy for the purpose of producing electricity by water depths greater than 70 m, without a high water depth limit.
  • the wind turbine using such a floating support structure can therefore be implanted in economically accessible areas.
  • the floating support structure according to the invention makes it possible to obtain increased stability in rotation at the level of the wind turbine, both in motion and in acceleration.
  • the mass of materials for the manufacture of this support structure is relatively small, which reduces manufacturing costs.
  • This floating support structure is also compatible with all current floating wind turbine designs up to 9.5 MW.
  • the structure remains compatible with future wind turbines with a capacity of 10 to 15 MW and more which should come into production in the coming years.
  • the structure according to the invention provides great stability to the wind turbine supported both in amplitude in rotational movements and in angular accelerations. This stability relative to the wave, wind and current conditions encountered in different regions of the world remains compatible with the technical specifications of wind turbines in the offshore wind industry.
  • the structure according to the invention requires minimized voltage levels in the anchor lines holding the wind turbine. Moreover, she is Compatible with industry standard electrical export cable designs. It minimizes the surface area of the free surface, does not physically interfere with the navigation of small vessels in the immediate vicinity, and minimizes the mass of structural materials used by floating support structures of wind turbines.
  • the manufacture of the structure according to the invention can be carried out in the various structural materials. It preferably uses metallic materials and standard manufacturing processes of the offshore structure construction industry.
  • the structure according to the invention can further implement non-metallic materials at the level of the tendons and the anchoring system which are in the range of current standard capabilities of the industry.
  • the dimensions, weight and draft of the floating support structure are compatible with most industrial ports and allow the assembly of the wind turbine elements on the docked mooring support structure.
  • the assembly of the support structure and the wind turbine can be floated by sea conditions compatible with most regions of the globe. These operations can be done safely with acceptable operational risk conditions using industry standard means of installation. Alternatively, the assembly of the floating support structure and the wind turbine can be done at sea.
  • the point of action of the Archimedes thrust should be located above its center of gravity.
  • the center of gravity of a wind turbine is located high enough at the mast, because of the weight of the nacelle and blades, it is appropriate to add a counterweight in the bottom of the support structure. This counterweight will apply a resistant torque at the support structure.
  • the counterweight comprises a plurality of baskets each adapted to receive a ballast material and positioned vertically below each other being regularly spaced.
  • the oblique braces form an angle of
  • the float further comprises an additional buoyancy structure formed by an assembly of additional floats mounted on the tube of the main structure.
  • the main structure of the float is formed by an assembly of a plurality of tubes, they are connected to each other via junction plates welded to the ends of the tubes.
  • the invention also relates to a first embodiment of a method of installing an offshore wind turbine provided with a floating support structure as defined above, comprising the steps of:
  • the method comprises the successive steps of:
  • preferably temporary buoys may be connected to the basket of the counterweight to reduce the weight during detachment of the seabed.
  • the basket of the counterweight can be placed on the seabed through a raising system on which the basket rests.
  • the method comprises the successive steps of:
  • the method comprises the successive steps of:
  • the method comprises the successive steps of:
  • the method comprises the successive steps of:
  • connection of the ballast links to the basket of the counterweight progressively filling the submersible floating support structure to lose buoyancy until the ballast links come into tension and the submersible floating support structure disengages completely from the counterweight basket;
  • Sea transport of the counterweight basket can be realized with a basket previously filled with ballast material.
  • the offshore transport of the counterweight basket can be accomplished with a basket of lightly filled ballast material, with the remainder of the ballast material filling the basket once the wind turbine and its counterweight have been towed over the area of the ballast. implantation.
  • FIG. 1 is a side view of an offshore wind turbine mounted on a floating support structure according to the invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the float of the floating support structure of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a perspective and torn view of a basket of the floating support structure of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a top view of the basket of Figure 4.
  • FIG. 5 is a sectional view along V-V of Figure 4.
  • FIGS. 6A to 6Q illustrate the various steps of a method of installing an offshore wind turbine provided with a floating support structure according to a first embodiment of the invention
  • FIGS. 7A to 7K illustrate the various steps of a method of installing an offshore wind turbine provided with a floating support structure according to a second embodiment of the invention.
  • FIGS. 8A to 8H illustrate the various steps of a method of installing an offshore wind turbine provided with a floating support structure according to a third embodiment of the invention
  • FIGS. 9A to 10C illustrate the various steps of a method of installing an offshore wind turbine provided with a floating support structure according to a fourth embodiment of the invention
  • FIGS. 10A to 10D illustrate the various steps of a method of installing an offshore wind turbine provided with a floating support structure according to a fifth embodiment of the invention.
  • FIGS. 11A to 11F illustrate the various steps of a method of installing an offshore wind turbine provided with a floating support structure according to a sixth embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows, in side view, a floating offshore wind turbine 2 located offshore offshore.
  • such a wind turbine 2 comprises a turbine 4 generally formed by a motor with several rotary blades with a substantially horizontal axis XX, and an electric generator 6 coupled to the motor, the motor and the generator being fixed at an upper end of a mast 8 (or pylon) vertical.
  • the lower end of the mast 8 is mounted on a floating support structure 10 according to the invention.
  • the floating support structure 10 consists of a float 12 which is intended to be partially immersed (the sea level is symbolized in FIG. 1 by line 14) and of a counterweight 16 which is connected to the float 12 and which is intended to be immersed under it.
  • the lower end of the mast 8 of the wind turbine is assembled on the float 12 of the floating support structure.
  • the float 12 comprises a main structure 18 having a polygonal shape with at least five sides, this polygonal main structure being formed by an assembly of circular section tubes 20 intended to be immersed.
  • the main structure has a toric shape. In this variant, it is formed by a single circular section tube.
  • the main structure 18 of the float has a polygonal shape with six sides.
  • Such a hexagonal shape represents the preferred embodiment. Indeed, this form offers the best compromise in terms of structure and hydrodynamic behavior.
  • the tubes 20 of the main structure of the float are circular in section and are interconnected by means of connecting plates 22 which are welded to the ends of the tubes. These tubes 20 are stiffened by a system of crossed stiffeners (not shown in the figures) for optimizing the weight of the structure subjected to the hydrostatic pressure.
  • the tubes are compartmentalized so that the stability of the system is not called into question if one of these compartments fills with seawater.
  • the main structure 18 of the float further comprises an additional buoyancy structure formed by an assembly of additional floats 24 which are mounted on the tubes 20 and which make it possible to raise the freeboard of the float and wind turbine assembly in towing phases to improve stability.
  • additional floats can be recovered after the towing phase or left on the float after immersion.
  • the float 12 also comprises a central tubular structure 26 centered on a vertical axis Y-Y and having a diameter adapted to receive the mast 8 of the wind turbine.
  • This central structure 26 comprises a section (not shown in the figures) which is adapted to be ballasted with seawater in order to adjust the float water line to the desired immersion depth.
  • the float 12 further comprises a first series of horizontal bracons 28 which are regularly distributed around the vertical axis YY and which connect each end of the tubes 20 of the main structure to the central structure 26, and more particularly to the lower part of the -this. There are as many horizontal struts 28 as tubes 20 forming the main structure.
  • This structure of horizontal struts 28, of cross-linked type although very simple, makes it possible to reduce the bending moments in the tubes 20 of the main structure at secondary moments. This optimizes the working mode of the tubes in tension-compression.
  • the float 12 further comprises a second series of oblique bracons 30 which are also regularly distributed around the vertical axis YY and which connect each end of the tubes 20 of the main structure to the central structure, and more particularly to the upper part of the at an angle ⁇ of between 15 ° and 60 ° and preferably equal to 30 ° with the horizontal braces 28.
  • the horizontal bracons there are as many oblique braces 30 as tubes 20 forming the structure main.
  • the horizontal and oblique struts 30 are in the form of tubes.
  • the connection between the struts and the main structure of the float is at the junction plates 22. This assembly technique facilitates the adjustment and welding of large bracons.
  • the counterweight 16 of the floating support structure comprises a basket 32 which is able to receive a ballast material 34.
  • ballast material 34 In order to provide a substantial mass counterweight while reducing costs, it is necessary to use a weighty material that is both economical and compatible with the marine environment.
  • the best compromise for the ballast material 34 is found with heavy ballast materials.
  • this ballast material may be chemically stabilized magnetite to be made compatible with the environment.
  • this ballast material may be backfill material, sand, cast iron or recovery metal.
  • the diameter of the basket varies, depending on the application, typically between 8m and 22m and its height between 6m and 10m.
  • the basket 32 of the counterweight consists of a cylindrical envelope 32a terminated by a bottom 32b convex or frustoconical in its lower part.
  • the weight is taken up by ballast links 36 (or tendons) - preferably six in number - connecting the basket to each end of the tubes 20 of the main structure. More specifically, these ballast links 36 are assembled on a cylindrical central connector 38 which is located in the center of the cylindrical envelope 32a of the basket in its upper part.
  • the central connector 38 makes it possible to concentrate the weight of the counterweight at a central point situated in the axis of the central structure 26 of the float. This concentration of weight at one point is a major factor in the effectiveness of the counterweight system, it allows the ballast to remain stationary relative to the float regardless of the angle of inclination as the ballast links 36 remain all tense .
  • the ballast links 36 connecting the basket 32 to each end of the tubes 20 of the main structure form an angle b between 15 ° and 45 ° with the vertical axis Y-Y.
  • the angle b formed by the ballast links 36 with the vertical axis is preferably given by the following equation:
  • b arctan [(Dc / 2 + Lh + Df) / (P - Te - Ep - Gp)] in which: P is the water depth; Te is the draft measured at the bottom of the main structure; Ep is the thickness of the basket; Gp is the distance from the bottom of the basket to the seabed; De is the diameter of the central structure; Lh is the length of the horizontal bracons; and Df is the diameter of the tubes of the main structure.
  • the bottom of the float 12 of the floating support structure according to the invention is located at an immersion depth typically of 25 m.
  • the minimum structure for resuming traction forces are the ballast links 36.
  • the counterweight is therefore attached to the float by as many ballast links that the main structure of the float has sides. At this level, the ballast links 36 are connected to the connecting plates 22.
  • the ballast links 36 may be as light as possible because their mass plays only a marginal role in the stability of the floating support structure. They must also be able to take the efforts generated by the weight of the counterweight and have a minimum elasticity and deformation over time.
  • these ballast links are ropes made of synthetic materials having a low elongation (typically high density polyethylene). These materials combine good mechanical properties with negative weight in water (material density less than 1).
  • these ballast links may be cables, chains or metal tubes.
  • the spacing of the attachment points of the ballast links 36 on the main structure 18 of the float is chosen so that when the inclination of the direction of the mast 8 of the wind turbine with the vertical axis YY is maximum, all Ballast links remain in tension.
  • the efforts to which the system is subjected are increased by a safety factor depending on the application case.
  • the inclination of the wind turbine under the action of the resultant drag of the force of the wind and the weight of the wind turbine causes a transfer of tension of the ballast links located in the direction opposite to the wind towards those located in the direction of the wind.
  • the counterweight then remains in the axis of the mast of the wind turbine and this flexible structure behaves mechanically as a rigid structure, the ballast remaining fixed relative to the float.
  • this pendulum structure performs the counterweight function of a "spar" platform, while having a lighter structure, transparent to the swell and installable with the turbine attached to the float port.
  • the floating support structure according to the invention is designed to be stable without anchoring system.
  • the anchoring system therefore does not participate in the stability of the floating support structure. This results in much lower tension levels in anchor lines and less geometric constraints on anchors.
  • FIGS. 6A to 6Q there will be described a method of installation according to a first embodiment of the invention of an offshore wind turbine provided with a floating support structure as described above.
  • FIGS. 6A to 6H illustrate the different stages of preparation and installation at the bottom of the sea of the counterweight of the floating support structure according to the invention.
  • a barge 100 carrying in particular the basket 32 of the counterweight of the floating support structure and a dead body 104 is brought to sea on site.
  • the dead body 104 is then lowered at sea to the vertical of the barge 100 by a crane 106 ( Figure 6B) and then deposited on the seabed ( Figure 6C).
  • a remotely operated underwater vehicle 108 also called ROV for
  • the orin 110 is a rope connected to a temporary buoy on the one hand and to a dead body 104 on the other hand, in order to provide a point of attachment to the dead body above the bottom of the sea and to below the final depth of the ballast basket.
  • the basket 32 (empty) of the counterweight of the floating support structure is also lowered by the crane 106 of the barge towards the bottom of the sea to be connected to the orin 110 under the control of ROV 108 (FIG. 6F).
  • Flotation modules 112 (three in number in the figures) previously filled with air are then lowered to sea from the barge and fixed on the basket 32 of the counterweight ( Figure 6G).
  • this hitch is disconnected from the barge 100 and the ROV 108 is reassembled on board it ( Figure 6H).
  • the float 12 of the floating support structure on which the mast 8 of a wind turbine 2 has been previously mounted is then towed by a tug 114 to the vertical of the basket 32 of the counterweight moored to the body.
  • This towing may be carried out by means of a tug connected to the main structure 18 of the float by one or more towing cables 116.
  • the air present inside the floatation modules 112 is then released (and replaced by seawater).
  • the ROV 108 can then be piloted to come detach one after the other each flotation module emptied of its air to go up in the barge 100 by means of a wire 118 of the crane 106 ( Figure 6L).
  • the basket 32 of the counterweight acts on the ballast links 36 for tender and the orin 110 is relaxed (Figure 6M).
  • the orin 110 can thus be easily disconnected from the basket of the counterweight by the ROV 108 (FIG. 6N).
  • the float 12 and the wind turbine with the basket 32 of the counterweight connected by the ballast links are then towed by the tug 114 to the area where the wind turbine is installed at sea (FIG. 60).
  • a barge 120 fills the basket 32 of the counterweight with the ballast material 34. This operation can be carried out by means of a tube 122 connecting the basket to the barge 120 ( Figure 6P).
  • the filling of the basket 32 of the counterweight by the ballast material 34 has the consequence of immersing the float 12, this immersion being controlled to allow the bottom of the float 12 of the floating support structure to be located. at its depth of immersion (typically 25 m).
  • the counterweight may comprise a plurality of baskets each receiving a ballast material and which are positioned vertically below each other being regularly spaced (for example every 10m).
  • a barge 200 prepares the temporary area of the seabed to allow it to bear the weight of the baskets filled with ballast counterweight of several floating support structures. This preparation consists in dumping on the seabed a backfill material allowing the seabed to bear the weight of the baskets loaded with ballast material while maintaining an acceptable stability of attitude.
  • a set of empty counterweight baskets 32 are lowered to sea from the barge 200 and deposited on the seabed by means of a crane 202 (FIG. 7B).
  • the counterbalance baskets are deposited one after another as the barge moves forward, their number depending on the number of offshore wind turbines in the field to be installed ( Figure 7C).
  • FIG. 7D the counterweight baskets 32 deposited on the seabed are then filled one after the other with ballast material 34 from the barge.
  • temporary buoys 204 are connected to these baskets by means of the crane 202 of the barge and the help of a ROV 206 (Figure 7E).
  • Figure 7F shows the set of counterbalance baskets each provided with several temporary buoys 204.
  • the float 12 of the floating support structure on which the mast 8 of a wind turbine was previously mounted is then towed by a tug 208 to the vertical of a basket 32. counterweight.
  • the main structure of the float is then connected to the counterweight basket by means of the ballast links 36 (FIG. 7G).
  • the barge 200 is brought in to disconnect the temporary buoys 204 from the basket 32 one after the other. This operation is carried out by means of ROV 206 which disconnects each temporary buoy and back on board the barge with a rope 210 ( Figure 7J).
  • this second embodiment (not shown in the figures), it is provided, instead of the step of preparing the temporary zone of the seabed to enable it to support the weight of the baskets filled with ballast counterweight, to deposit on the seabed a system of descent of the counterweight.
  • the raising system can thus completely or partially replace the effect of the rising tide on the relative position of the basket relative to the bottom.
  • the filling of the basket with ballast material can be done entirely or partially on the basket placed on the raising system.
  • a complement of ballast material is made once the basket off the raising system.
  • This lowering system of the counterweight comprises a wide base allowing the seabed to support the weight of the system and the empty basket of the counterweight of the floating support structure according to the invention. Once the empty basket is lowered and placed on the base, the steps of the installation method similarly to those described above in connection with Figures 7D to 7K.
  • This variant embodiment may be preferred because it has the advantage of being free of the tide.
  • FIGS. 8A to 8H a third embodiment of the method of installation according to the invention of an offshore wind turbine provided with a floating support structure as described above will be described.
  • This variant embodiment is particularly advantageous for the dynamic behavior of the counterweight during the descent by binding the basket thereof to the float by means of several catenary chains, which makes it possible to decouple the movements of the one and the other. In addition, no preparation of the sea floor is required.
  • a first tug 300 is used to tow off the float 12 of the floating support structure on which the mast of a wind turbine 2 has previously been mounted.
  • the empty basket 32 of the counterweight the floating support structure is independently towed by a second tug 302.
  • the counterweight basket may be provided with temporary buoys 304. It will also be noted that the two tugs 300, 302 are each equipped with a dynamic positioning system.
  • the tugs 300, 302 maneuver to bring the float 12 of the basket 32 to allow the establishment of connections between these two elements ( Figure 8B).
  • ballast links 36 connecting the basket 32 to each end of the tubes of the main structure of the float.
  • This operation can be performed using a dynamic positioning boat 306.
  • weighting chains 308 are also connected between different points of the basket 32 and the main structure of the float 12. These weighting chains are, for example, three in number.
  • other restraining links can be connected between the basket and the float to limit the distance of the float relative to the basket.
  • the basket 32 of the counterweight is moved away from the float 12 and then gradually immersed by reducing the buoyancy of the temporary buoys 304 or by adding weight to the basket (FIG. 8E).
  • the immersion of the basket is continued to a first equilibrium position under the float (FIG. 8F).
  • Basket 32 of the counterweight is further lowered by continuously reducing or by palliating the buoyancy of temporary buoys (or by adding ballast). It will be noted that the descent of the basket results in a reduction of the catenary of the ballast chains 308 under the basket and therefore the weight that must be compensated for by floating. It is envisaged a process in which the descent of the basket would automatically cause the lowering of its flotation and also a decrease of the ballast with an offset such that the speed of descent of the basket would be sufficiently low.
  • the descent of the basket ends at the moment when the ballast links 36 are stretched (FIG. 8G). If necessary, it can be envisaged that the descent will automatically stop at desired depths (for example, slightly before the ballast links are tense to ensure that their configuration is acceptable) by ensuring that the loss of ballast is caught up by the loss of flotation to the desired depth.
  • the basket 32 of the counterweight is filled with the ballast material 34, for example from a ballast boat 310 discharging the ballast material into the basket using a gutter or filling tube 312 (FIG. 8H).
  • ballast chains 308 may be used to serve to carry out, if necessary, an anchoring system for the floating support structure.
  • FIGS. 9A to 9C there will be described a fourth embodiment of the installation method according to the invention of an offshore wind turbine provided with a floating support structure as described above.
  • the basket 32 is then lowered by a lifting system 402 installed at the platform of the wind turbine 2 until the ballast links are taut (Figure 9B).
  • the float 12 connected to the counterweight is then towed to the area of implantation of the wind turbine and the basket 32 can then be filled with ballast material from a ballast boat 404 as previously described (this is ie by means of a tube 406 connecting the basket to the ballast boat - see Figure 9C).
  • FIGS. 10A to 10D there will now be described a fifth embodiment of the installation method according to the invention of an offshore wind turbine provided with a floating support structure as defined above.
  • the method comprises in a first step illustrated in FIG. 10A, the connection of ballast links 36 and weighting chains 500 between the basket 32 of the counterweight and the float 12. Once this operation has been performed, the float connected to the counterweight is towed at sea using a tug 502 to the area where the wind turbine is installed ( Figure 10B).
  • the basket is immersed by ballasting in a progressive manner and the position of the basket is controlled by the catenary effect of the weighting chains to descend into a position of equilibrium under the float (Figure 10C).
  • the basket 32 is then lowered below the float until the ballast links 36 are stretched, then filled with a ballast material to immerse the float ( Figure 10D).
  • the float connected to the counterweight is towed to the area where the wind turbine is installed.
  • the method comprises, in a first step illustrated in FIG. 11A, the sea transport by a tug 600 of the basket 32 of the counterweight removably positioned inside a submersible floating support structure 602. to the area where the wind turbine is installed.
  • the basket 32 of the counterweight is pre-filled with ballast material and the submersible floating support structure 602 is filled with air at atmospheric pressure prior to departure in order to have the buoyancy necessary to maintain the floatation on board. counterweight basket.
  • ballast chain system 604. hooked to the submersible floating support structure until reaching the desired depth.
  • the ballast chains 604 have a predefined linear weight and are hooked to the submersible floating support structure with the aid of a second tug 600 '.
  • Anchors 606 may be hooked to the ballast chains 604 to stabilize the counterweight basket (Fig. 11C).
  • the wind turbine with its float 12 is then towed to the implantation zone of the wind turbine and positioned vertically of the counterweight basket 32 (FIG. 11D).
  • the ballast links 36 previously connected to the float 12 are then lowered and connected one by one to the counterweight basket 32 by means for example of a remotely operated underwater vehicle 108 (FIG. 11E).
  • the submersible floating support structure 602 is progressively filled with water (replacing the air) to lose buoyancy. During this filling, she down with the counterweight basket until the ballast links 36 come into tension. The descent of the basket is then stopped and the weight of the basket is progressively transferred to the float 12 of the wind turbine which sees the ballast links 36 stretching under the weight of the basket of the counterweight (FIG. 11F).
  • the submersible floating support structure 602 When the entire weight of the basket is transferred to the float of the wind turbine, the submersible floating support structure 602 continues its descent to completely disengage the basket 32 counterweight. When it is filled with water, it is then above the seabed at a distance of a few meters under the basket, the ballast chains 604 ensuring its maintenance in this position. The wind turbine and its counterweight can then be towed by the tug 600 to their area of implantation.
  • the counterweight basket is only partially partially filled with ballast material. After the wind turbine and its counterweight have been towed to the settlement area, a vessel carrying the remaining ballast material is positioned around the wind turbine and fills the counterbalance basket with flexible piping. until the wind turbine reaches the required draft.
  • the counterweight basket is provided with ballast compartments. air.
  • This basket is previously poured into the port and the float of the wind turbine is positioned vertically to the basket to connect the ballast links by divers.
  • Other temporary links shorter (about 5 meters) are connected between the float and the basket.
  • the basket is then "déballasté" in order to stick to the float of the wind turbine.
  • the whole is towed to a sheltered water site about 20m deep water where the basket is ballasted until it becomes heavy and is resumed by the temporary links.
  • the assembly is then towed to the location of the wind turbine where the wind turbine is moored.
  • the temporary links are disconnected and the basket descends into the water column until it is resumed in tension by the ballast links.
  • a vessel carrying the remainder of the ballast material is positioned around the wind turbine and fills the counterbalance basket with flexible piping until the turbine reaches the draft. required.
  • this seventh embodiment can be implemented with a counterweight basket that is previously completely or only partially filled with ballast material.

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Abstract

L'invention concerne une structure de support flottant (10) pour éolienne offshore, comprenant un flotteur (12) destiné à être en partie immergé et sur lequel est destiné à être assemblé un mât d'éolienne, et un contrepoids relié au flotteur et destiné à être immergé sous le flotteur, le flotteur comprenant une structure principale (18) de forme torique ou polygonale à au moins cinq côtés, une structure tubulaire centrale (26) ayant un diamètre adapté pour recevoir le mât de l'éolienne et comprenant une section apte à être ballastée afin d'ajuster la ligne de flottaison du flotteur, une première série de bracons horizontaux (28) répartis autour d'un axe vertical et reliant la structure principale à la structure centrale, et une seconde série de bracons obliques (30) répartis autour d'un axe vertical (Y-Y) et reliant la structure principale à la structure centrale en formant un angle compris entre 15° et 60° avec les bracons horizontaux (28).

Description

Titre de l'invention
Structure de support flottant pour éolienne offshore et procédé d'installation d'une éolienne munie d'une telle structure de support Arrière-plan de l'invention
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. L'invention concerne également un procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une telle structure de support.
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.
Les éoliennes flottantes 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.
II existe quatre familles principales de structure de support flottant pour éolienne offshore : les barges, les plateformes semi- submersibles, les plateformes sur jambages tendus (ou plateformes TLP pour « Tension-Leg Platform » en anglais), et les plateformes « spar », c'est-à-dire des plateformes à fondation immergée et à ballast stabilisé qui sont dotées d’ancrages caténaires permettant de fixer l'éolienne par accrochage au fond marin. Parmi ces familles, les plateformes « spar » ont une structure relativement simple et reposent sur l'utilisation de technologies de fabrication et d'installation qui sont largement éprouvées.
On pourra se référer notamment à la publication WO 2005/021961 qui décrit un exemple de réalisation d'une plateforme
« spar ». La publication WO 2006/121337 donne les détails d'un système d'ancrage d'une telle plateforme « spar », tandis que la publication WO 2006/132539 est relative à un procédé d'installation en mer de cette plateforme.
Les plateformes « spar » présentent néanmoins un certain nombre d'inconvénients qui limitent fortement leur capacité d'utilisation dans le domaine de l'éolien offshore. Pour une éolienne de puissance élevée, il est nécessaire pour installer l'éolienne de disposer d'une profondeur minimale de l'ordre d'une centaine de mètres pour déployer une plateforme « spar ». Plus généralement, il est nécessaire de disposer d'une zone profonde et avec des conditions de mer relativement calmes pour gérer les phases critiques que sont le retournement de la plateforme de la position horizontale à la position verticale, le ballastage de la plateforme, et l'assemblage de la turbine par-dessus la plateforme. De plus, le recours à des plateformes « spar » requiert l'utilisation de bateaux-grues de grande capacité qui sont rares et onéreux pour installer les éoliennes sur les plateformes en mer. En outre, les plateformes « spar » présentent une grande traînée dans l'eau qui limite les vitesses de déplacement de ces plateformes dans le cas de leur remorquage.
Ces inconvénients des plateformes « spar » limitent l'implantation d'éoliennes dans des zones disposant d'un fjord comme base logistique, ce qui en pratique se trouve dans peu d'endroits dans le monde, hormis en Norvège. De plus, les coûts atteignables par plateformes (dus notamment à la quantité d'acier très importante en regard des besoins de flottaison) sont limités à des valeurs élevées.
Par ailleurs, la stabilité d'une éolienne flottante peut se décomposer en un problème de stabilité statique et un problème de stabilité dynamique. Le problème de la stabilité dynamique provient de forces non constantes dans le temps exerçant un couple déstabilisant pour la structure, induisant des mouvements. Ceux-ci sont liés aux fluctuations de la vitesse du vent sur l'éolienne ou aux vagues. L'énergie des vagues est essentiellement concentrée dans les premiers mètres de mer en- dessous de la surface libre. Les structures de support flottant majoritairement situées proche de la surface libre comme les barges ou les plateformes semi-submersibles sont fortement soumises aux vagues, de sorte que ces structures sont généralement concernées par des problèmes de stabilité dynamique. Objet et résumé de l'invention
La présente invention a donc pour but principal de proposer une structure de support flottant pour éolienne offshore qui ne présente pas les inconvénients précités.
Ce but est atteint grâce à une structure de support flottant pour éolienne offshore, comprenant un flotteur destiné à être en partie immergé et sur lequel est destiné à être assemblé un mât d'éolienne, et un contrepoids relié au flotteur et destiné à être immergé sous le flotteur, et dans laquelle, conformément à l'invention, le flotteur comprend une structure principale de forme torique ou polygonale à au moins cinq côtés qui est formée par au moins un tube destiné à être immergé, une structure tubulaire centrale ayant un diamètre adapté pour recevoir le mât de l'éolienne et comprenant une section apte à être ballastée afin d'ajuster la ligne de flottaison du flotteur, une première série de bracons horizontaux régulièrement répartis autour d'un axe vertical et reliant la structure principale à la structure centrale, et une seconde série de bracons obliques régulièrement répartis autour d'un axe vertical et reliant la structure principale à la structure centrale en formant un angle compris entre 15° et 60° avec les bracons horizontaux ; et le contrepoids comprend un panier apte à recevoir un matériau de ballast et des liens de ballast reliant le panier à la structure principale du flotteur en formant un angle compris entre 15° et 45° avec l'axe vertical.
L'invention est ainsi constituée de deux éléments (le flotteur et le contrepoids) qui sont reliés entre eux par des liens de ballast : l'élément flottant est facile à transporter, son tirant d'eau en phase de construction et d'installation est faible, et il est compact et installable par des solutions de l'industrie offshore classique, le mât de l'éolienne et la nacelle pouvant être installés lors de la construction du flotteur.
La structure de support flottant selon l'invention est remarquable notamment par la structure minimale du flotteur qui présente une forme de roue de vélo portée à l'horizontale dans laquelle la poussée d'Archimède qui s'exerce sur elle serait fournie en partie par la structure tubulaire centrale (correspondant au moyeu de la roue) et en partie par la structure de forme torique ou polygonale (correspondant au pneu de la roue).
Par ailleurs, la forme particulière de la structure principale du flotteur permet d'obtenir une poussée qui est distribuée de façon continue autour de l'axe vertical, et non une poussée ponctuelle. De même, cette continuité de forme permet d'éviter que les efforts de la houle sur le flotteur ne varient avec les variations d'incidence, au contraire d'un flotteur qui serait à distribution ponctuelle.
De plus, une telle structure permet de recourir à une profondeur d'immersion du flotteur qui est typiquement comprise entre 15 et 30 m. A une telle profondeur, du fait de la continuité de forme de la structure principale du flotteur, la structure de support flottant est quasiment transparente aux effets de la houle et des courants de surface, ce qui permet à l'éolienne de s'affranchir au maximum des problèmes de stabilité dynamique. De manière plus générale, l'éolienne utilisant une telle structure de support flottant pourra être implantée dans des zones économiquement accessibles car un minimum de profondeur d'eau de l'ordre de 70m suffira.
De la sorte, la structure de support flottant selon l'invention permet l'exploitation de l'énergie éolienne à des fins de production d'électricité par des profondeurs d'eau supérieures à 70 m, sans limite haute de profondeur d'eau. L'éolienne utilisant une telle structure de support flottant pourra donc être implantée dans des zones économiquement accessibles.
La structure de support flottant selon l'invention permet d'obtenir une stabilité accrue en rotation au niveau de l'éolienne, tant en mouvement qu'en accélération. La masse de matériaux pour la fabrication de cette structure de support est relativement faible, ce qui réduit les coûts de fabrication. Cette structure de support flottant est également compatible avec toutes les conceptions actuelles d'éoliennes flottantes, d'une puissance nominale allant jusqu'à 9,5 MW. La structure reste compatible avec les futures éoliennes d'une puissance de 10 à 15 MW et plus qui devraient entrer en production dans les années à venir.
La structure selon l'invention apporte une grande stabilité à l'éolienne supportée tant dans l'amplitude en mouvements de rotation que dans les accélérations angulaires. Cette stabilité relative aux conditions de houle, de vent et de courant rencontrées dans les différentes régions du monde reste compatible avec les spécifications techniques des éoliennes de l'industrie de l'éolien offshore.
La structure selon l'invention nécessite des niveaux de tensions minimisés dans les lignes d'ancrage retenant l'éolienne. De plus, elle est compatible avec les designs de câbles électriques d'export standards de l'industrie. Elle minimise l'emprise surfacique à la surface libre, ne gêne physiquement pas la navigation de petits navires à proximité immédiate, et minimise la masse de matériaux structurels utilisés par les structures de support flottant d'éoliennes.
La fabrication de la structure selon l'invention peut être réalisée dans les différents matériaux de structure. Elle utilise de préférence des matériaux métalliques et des procédés de fabrication standards de l'industrie de la construction de structure offshore. La structure selon l'invention peut mettre en outre en œuvre des matériaux non métalliques au niveau des tendons et du système d'ancrage qui sont dans la gamme des capacités standards actuelles de l'industrie.
Par ailleurs, les dimensions, poids et tirant d'eau de la structure de support flottant sont compatibles avec la plupart des ports industriels et permettent l'assemblage des éléments de l'éolienne sur la structure de support amarrée bord à quai. L'assemblage de la structure de support et de l'éolienne peut être remorqué par flottaison par des conditions de mer compatibles avec la plupart des régions du globe. Ces opérations peuvent se faire en toute sécurité avec des conditions de risques opérationnels acceptables en utilisant des moyens d'installation classiques de l'industrie. Alternativement, l'assemblage de la structure de support flottant et de l'éolienne peut se faire en mer.
Afin d'avoir une structure de support flottant stable par le poids et non par la forme, il convient que le point d'action de la poussée d'Archimède soit situé au-dessus de son centre de gravité. Le centre de gravité d'une éolienne étant situé assez haut au niveau du mât, du fait du poids de la nacelle et des pales, il convient d'ajouter un contrepoids dans le bas de la structure de support. Ce contrepoids va appliquer un couple résistant au niveau de la structure de support.
De préférence, les liens de ballast forment un angle b avec I' axe vertical donné par l'équation suivante : b = arctan [( Dc/2 + Lh + Df ) / ( P - Te - Ep - Gp )] ; dans laquelle : P est la profondeur d'eau ; Te est le tirant d'eau mesuré au bas de la structure principale ; Ep est l'épaisseur du panier ; Gp est la distance entre le bas du panier et le fond marin ; De est le diamètre de la structure tubulaire centrale ; Lh est la longueur des bracons horizontaux ; et Df est le diamètre des tubes de la structure principale. De préférence également, le contrepoids comprend une pluralité de paniers aptes chacun à recevoir un matériau de ballast et positionnés verticalement les uns en dessous des autres en étant régulièrement espacés.
De préférence encore, les bracons obliques forment un angle de
30° avec les bracons horizontaux.
De préférence encore, le flotteur comprend en outre une structure de flottabilité additionnelle formée par un assemblage de flotteurs additionnels montés sur le tube de la structure principale.
Toujours de préférence, lorsque la structure principale du flotteur est formée par un assemblage d'une pluralité de tubes, ceux-ci sont raccordés entre eux par l'intermédiaire de plaques de jonction soudées aux extrémités des tubes.
L'invention a également pour objet un premier mode de réalisation d'un procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant telle que définie précédemment, comprenant les étapes de :
transport en mer d'un panier vide du contrepoids de la structure de support flottant ;
descente en mer du panier vide du contrepoids sur lequel ont été préalablement fixés des modules de flottaison temporaire et amarrage de celui-ci à un corps mort préalablement déposé au fond de la mer ;
activation des modules de flottaison temporaire du panier pour permettre à celui-ci de se stabiliser entre deux eaux à la verticale du corps mort ;
remorquage en mer du flotteur de la structure de support flottant jusqu'à la verticale du panier vide du contrepoids ;
connexion de la structure principale du flotteur au panier vide du contrepoids par l'intermédiaire de liens de ballast ;
lestage du panier vide du contrepoids pour permettre sa déconnexion du corps mort ;
remplissage du panier du contrepoids par un matériau de ballast afin d'immerger partiellement le flotteur ; et
remorquage en mer du flotteur connecté au contrepoids jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne.
Selon un deuxième mode de réalisation d'un procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant telle que définie précédemment, le procédé comprend les étapes successives de :
transport en mer et dépose sur le fond marin d'un panier vide du contrepoids de la structure de support flottant ;
remplissage du panier du contrepoids posé sur le fond marin par un matériau de ballast ;
remorquage en mer du flotteur de la structure de support flottant jusqu'à la verticale du panier rempli du contrepoids ;
connexion à marée basse de la structure principale du flotteur au panier rempli du contrepoids par l'intermédiaire de liens de ballast ;
tensionnement des liens de ballast et libération du panier du contrepoids par effet de la marée montante ; et
remorquage en mer du flotteur connecté au contrepoids jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne.
Dans ce deuxième mode de réalisation, des bouées de préférence temporaires peuvent être connectées au panier du contrepoids pour en diminuer le poids lors du décollement du fond marin.
Dans une variante, le panier du contrepoids peut être déposé sur le fond marin par l'intermédiaire d'un système de rehausse sur lequel repose le panier.
Selon un troisième mode de réalisation d'un procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une structure de support telle que définie précédemment, le procédé comprend les étapes successives de :
transport en mer séparément d'un panier vide et flottant du contrepoids de la structure de support flottant et de son flotteur ;
connexion de liens de ballast et de chaînes de lestage entre le panier et le flotteur ;
immersion du panier par son ballastage progressif et contrôle de sa position par l'effet caténaire des chaînes de lestage pour le descendre dans une position d'équilibre sous le flotteur ;
descente du panier sous le flotteur jusqu'à ce que les liens de ballast soient tendus ;
remplissage du panier du contrepoids par un matériau de ballast afin d'immerger partiellement le flotteur ; et
remorquage en mer du flotteur connecté au contrepoids jusqu'à la zone d'implantation en mer de l'éolienne. Selon un quatrième mode de réalisation d'un procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant telle que définie précédemment, le procédé comprend les étapes successives de :
transport en mer conjoint d'un panier du contrepoids positionné sous la structure de support flottant et de son flotteur ;
descente verticale du panier au moyen d'un système de levage de préférence intégré au niveau du flotteur ;
remorquage en mer du flotteur connecté au contrepoids jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne ; et
remplissage par un matériau de ballast du panier du contrepoids suspendu à la structure du flotteur.
Selon un cinquième mode de réalisation d'un procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant telle que définie précédemment, le procédé comprend les étapes successives de :
connexion de liens de ballast et de chaînes de lestage entre le panier du contrepoids et le flotteur ;
remorquage en mer conjoint du flotteur connecté au contrepoids positionné sous la structure de support flottant jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne ;
immersion du panier par ballastage progressif du panier et contrôle de la position du panier par l'effet caténaire des chaînes de lestage pour le descendre dans une position d'équilibre sous le flotteur ;
descente du panier sous le flotteur jusqu'à ce que les liens de ballast soient tendus ;
remplissage du panier du contrepoids par un matériau de ballast afin d'immerger le flotteur.
Selon un sixième mode de réalisation d'un procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant telle que définie précédemment, le procédé comprend les étapes successives de :
transport en mer d'un panier du contrepoids de la structure de support flottant positionné dans une structure submersible de support flottant remplie d'air ;
descente en mer de la structure submersible de support flottant
(602) par un système de chaînes de ballast accrochées à celle-ci ; remorquage en mer du flotteur à la verticale du panier de contrepoids, les liens de ballast ayant été préalablement connectés au flotteur ;
connexion des liens de ballast au panier du contrepoids ; remplissage progressif de la structure submersible de support flottant afin de lui faire perdre de la flottabilité jusqu'à ce que les liens de ballast entrent en tension et que la structure submersible de support flottant se désengage complètement du panier de contrepoids ;
remorquage en mer du flotteur connecté au contrepoids jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne ; et
amarrage du flotteur connecté au contrepoids sur la zone d'implantation de l'éolienne.
Le transport en mer du panier de contrepoids peut être réalisé avec un panier préalablement rempli de matériau de ballast. Alternativement, le transport en mer du panier de contrepoids peut être réalisé avec un panier faiblement rempli de matériau de ballast, le reste du matériau de ballast venant remplir le panier une fois que l'éolienne et son contrepoids aient été remorqués sur la zone d'implantation. Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures :
- la figure 1 est une vue de côté d'une éolienne offshore montée sur une structure de support flottant selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective du flotteur de la structure de support flottant de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en perspective et en arraché d'un panier de la structure de support flottant de la figure 1 ;
- la figure 4 est une vue de dessus du panier de la figure 4 ;
- la figure 5 est une vue en coupe selon V-V de la figure 4 ;
- les figures 6A à 6Q illustrent les différentes étapes d'un procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - les figures 7A à 7K illustrent les différentes étapes d'un procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; et
- les figures 8A à 8H illustrent les différentes étapes d'un procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant selon un troisième mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 9A à 10C illustrent les différentes étapes d'un procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant selon un quatrième mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 10A à 10D illustrent les différentes étapes d'un procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant selon un cinquième mode de réalisation de l'invention ; et
- les figures 11A à 11F illustrent les différentes étapes d'un procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant selon un sixième mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de l'invention
La figure 1 représente, en vue de côté, une éolienne offshore flottante 2 implantée en mer au large des côtes.
De façon connue, une telle éolienne 2 comprend une turbine 4 généralement formée par un moteur à plusieurs pales rotatives à axe X-X sensiblement horizontal, et un générateur électrique 6 accouplé au moteur, le moteur et le générateur étant fixés à une extrémité supérieure d'un mât 8 (ou pylône) vertical. L'extrémité inférieure du mât 8 est quant à elle montée sur une structure de support flottant 10 conforme à l'invention.
Selon l'invention, la structure de support flottant 10 se compose d'un flotteur 12 qui est destiné à être en partie immergé (le niveau de la mer est symbolisé sur la figure 1 par la ligne 14) et d'un contrepoids 16 qui est relié au flotteur 12 et qui est destiné à être immergé sous celui-ci. L'extrémité inférieure du mât 8 de l'éolienne vient s'assembler sur le flotteur 12 de la structure de support flottant.
Comme représenté sur la figure 2, le flotteur 12 comprend une structure principale 18 une forme polygonale à au moins cinq côtés, cette structure principale de forme polygonale étant formée par un assemblage de tubes 20 à section circulaire destinés à être immergés. Alternativement, la structure principale présente une forme torique. Dans cette variante, elle est formée par un unique tube à section circulaire.
Sur l'exemple illustré sur ces figures, la structure principale 18 du flotteur a une forme polygonale à six côtés. Une telle forme hexagonale représente le mode de réalisation préférentiel. En effet, cette forme offre le meilleur compromis en termes de structure et de comportement hydrodynamique.
Les tubes 20 de la structure principale du flotteur sont à section circulaire et sont raccordés entre eux par l'intermédiaire de plaques de jonction 22 qui sont soudées aux extrémités des tubes. Ces tubes 20 sont raidis par un système de raidisseurs croisés (non représentés sur les figures) permettant d'optimiser le poids de la structure soumise à la pression hydrostatique. Les tubes sont compartimentés de sorte que la stabilité du système ne soit pas remise en cause si l'un de ces compartiments venait à se remplir d'eau de mer.
Par ailleurs, la structure principale 18 du flotteur comprend en outre une structure de flottabilité additionnelle formée par un assemblage de flotteurs additionnels 24 qui sont montés sur les tubes 20 et qui permettent d'élever le franc-bord de l'ensemble flotteur et éolienne dans les phases de remorquage afin d'en améliorer la stabilité. Ces flotteurs additionnels peuvent être récupérés après la phase de remorquage ou être laissés sur le flotteur après son immersion.
Le flotteur 12 comprend également une structure tubulaire centrale 26 centré sur un axe vertical Y-Y et ayant un diamètre adapté pour recevoir le mât 8 de l'éolienne. Cette structure centrale 26 comprend une section (non représentée sur les figures) qui est apte à être ballastée avec de l'eau de mer afin d'ajuster la ligne de flottaison du flotteur à la profondeur d'immersion souhaitée.
Le flotteur 12 comprend encore une première série de bracons horizontaux 28 qui sont régulièrement répartis autour de l'axe vertical Y-Y et qui relient chaque extrémité des tubes 20 de la structure principale à la structure centrale 26, et plus particulièrement à la partie basse de celle-ci. Il y a autant de bracons horizontaux 28 que de tubes 20 formant la structure principale.
Cette structure de bracons horizontaux 28, de type réticulée bien que très simple, permet de réduire les moments de flexion dans les tubes 20 de la structure principale à des moments secondaires. Ceci permet d'optimiser le mode de travail des tubes en traction-compression.
Le flotteur 12 comprend encore une seconde série de bracons obliques 30 qui sont également régulièrement répartis autour de l'axe vertical Y-Y et qui relient chaque extrémité des tubes 20 de la structure principale à la structure centrale, et plus particulièrement à la partie haute de celle-ci, en formant un angle a compris entre 15° et 60° - et de préférence égal à 30° - avec les bracons horizontaux 28. Comme pour les bracons horizontaux, il existe autant de bracons obliques 30 que de tubes 20 formant la structure principale.
Les bracons horizontaux 28 et obliques 30 se présentent sous la forme de tubes. La connexion entre les bracons et la structure principale du flotteur se fait au niveau des plaques de jonction 22. Cette technique d'assemblage permet de faciliter l'ajustement et la soudure des bracons de grandes dimensions.
Par ailleurs, comme représenté sur les figures 3 à 5, le contrepoids 16 de la structure de support flottant selon l'invention comprend un panier 32 qui est apte à recevoir un matériau de ballast 34.
Afin de fournir un contrepoids de masse importante tout en réduisant les coûts, il convient d'utiliser un matériau pondéreux à la fois économique et compatible avec l'environnement marin. Dans un mode de réalisation préféré, le meilleur compromis pour le matériau de ballast 34 est trouvé avec des matériaux de ballast lourd. Typiquement, ce matériau de ballastage peut être de la magnétite stabilisée chimiquement afin d'être rendue compatible avec l'environnement. Alternativement, ce matériau de ballast peut être du matériau de remblais, du sable, de la grenaille de fonte ou du métal de récupération.
Afin de pouvoir soutenir ce matériau de ballastage 34, il convient de le mettre dans un panier 32 conçu pour soutenir les efforts. Le diamètre du panier varie, selon les cas d'application, typiquement entre 8m et 22m et sa hauteur entre 6m et 10m.
Le panier 32 du contrepoids est constitué d'une enveloppe cylindrique 32a terminée par un fond 32b bombé ou tronconique dans sa partie inférieure. Le poids est repris par des liens de ballast 36 (ou tendons) - de préférence au nombre de six - reliant le panier à chaque extrémité des tubes 20 de la structure principale. Plus précisément, ces liens de ballast 36 se rassemblent sur un connecteur central cylindrique 38 qui est situé au centre de l'enveloppe cylindrique 32a du panier dans sa partie supérieure.
Le connecteur central 38 permet de concentrer le poids du contrepoids en un point central situé dans l'axe de la structure centrale 26 du flotteur. Cette concentration du poids en un point est un facteur primordial à l'efficacité du système de contrepoids, il permet au lest de rester immobile par rapport au flotteur quel que soit l'angle d'inclinaison tant que les liens de ballast 36 restent tous tendus.
Comme représenté sur la figure 1, les liens de ballast 36 reliant le panier 32 à chaque extrémité des tubes 20 de la structure principale forment un angle b compris entre 15° et 45° avec l'axe vertical Y-Y.
L'angle b que forment les liens de ballast 36 avec l'axe vertical est de préférence donné par l'équation suivante :
b = arctan [( Dc/2 + Lh + Df ) / ( P - Te - Ep - Gp )] dans laquelle : P est la profondeur d'eau ; Te est le tirant d'eau mesuré au bas de la structure principale ; Ep est l'épaisseur du panier ; Gp est la distance entre le bas du panier et le fond marin ; De est le diamètre de la structure centrale ; Lh est la longueur des bracons horizontaux ; et Df est le diamètre des tubes de la structure principale.
Le bas du flotteur 12 de la structure de support flottant selon l'invention est situé à une profondeur d'immersion typiquement de 25 m. La structure minimale permettant de reprendre des efforts de traction sont les liens de ballast 36. Le contrepoids est donc attaché au flotteur par autant de liens de ballast que la structure principale du flotteur a de côtés. Au niveau de celle-ci, les liens de ballast 36 sont connectés aux plaques de jonction 22.
Les liens de ballast 36 peuvent être les plus légers possibles car leur masse ne joue qu'un rôle marginal dans la stabilité de la structure de support flottant. Ils doivent par ailleurs être capables de reprendre les efforts générés par le poids du contrepoids et avoir une élasticité et une déformation minimale dans le temps.
Aussi, dans un mode de réalisation préféré, ces liens de ballast sont des cordages constitués de matériaux synthétiques ayant une faible élongation (typiquement du polyéthylène haute densité). Ces matériaux associent de bonnes propriétés mécaniques à un poids négatif dans l'eau (densité du matériau inférieure à 1). Alternativement, ces liens de ballast peuvent être des câbles, des chaînes ou des tubes métalliques.
L'écartement des points d'accroche des liens de ballast 36 sur la structure principale 18 du flotteur est choisi de sorte que lorsque l'inclinaison de la direction du mât 8 de l'éolienne avec l'axe vertical Y-Y est maximale, tous les liens de ballast demeurent en tension. Les efforts auxquels est soumis le système sont augmentés d'un facteur de sécurité dépendant du cas d'application. De cette manière, l'inclinaison de l'éolienne sous l'action de la résultante de traînée de la force du vent et du poids de l'éolienne entraîne un transfert de tension des liens de ballast situés dans le sens opposé au vent vers ceux situés dans le sens du vent. Le contrepoids reste alors dans l'axe du mât de l'éolienne et cette structure souple se comporte mécaniquement comme une structure rigide, le lest restant fixe par rapport au flotteur. En d'autres termes, cette structure pendulaire réalise la fonction de contrepoids d'une plateforme « spar », tout en ayant une structure plus légère, transparente à la houle et installable avec l'éolienne fixée sur le flotteur au port.
La structure de support flottant selon l'invention est conçue de manière à être stable sans système d'ancrage. Le système d'ancrage ne participe donc pas à la stabilité de la structure de support flottant. Cela engendre des niveaux de tension dans les lignes d'ancrages beaucoup plus faibles et des contraintes géotechniques sur les ancres amoindries.
En liaison avec les figures 6A à 6Q, on décrira un procédé d'installation selon un premier mode de réalisation de l'invention d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant telle que décrite précédemment.
Les figures 6A à 6H illustrent les différentes étapes de préparation et d'installation au fond de la mer du contrepoids de la structure de support flottant selon l'invention.
Sur la figure 6A, une barge 100 transportant notamment le panier 32 du contrepoids de la structure de support flottant et un corps mort 104 est amenée en mer sur site. Le corps mort 104 est alors descendu en mer à la verticale de la barge 100 par une grue 106 (figure 6B) puis déposé sur le fond marin (figure 6C).
Un véhicule sous-marin téléguidé 108 (appelé aussi ROV pour
« Remotely Operated Vehicle ») pour superviser ces opérations et pour installer ensuite un orin 110 sur le corps mort 104 comme représenté sur la figure 6D. Ici, l'orin 110 est un filin connecté à une bouée temporaire d'une part et à un corps mort 104 d'autre part, afin de fournir un point d'accroche au corps mort au-dessus du fond de la mer et en dessous de la profondeur définitive du panier de lest.
Au cours de l'étape suivante représentée par la figure 6E, le panier 32 (vide) du contrepoids de la structure de support flottant est également descendu par la grue 106 de la barge vers le fond de la mer pour être connecté à l'orin 110 sous le pilotage du ROV 108 (figure 6F). Des modules de flottaison 112 (au nombre de trois sur les figures) préalablement remplis d'air sont alors descendus en mer depuis la barge et fixés sur le panier 32 du contrepoids (figure 6G). A l'issue de cette étape, cet attelage est déconnecté de la barge 100 et le ROV 108 est remonté à bord de celle-ci (figure 6H).
Comme illustré sur les figures 61 et 6J, le flotteur 12 de la structure de support flottant sur lequel a été préalablement monté le mât 8 d'une éolienne 2 est alors remorqué par un remorqueur 114 à la verticale du panier 32 du contrepoids amarré au corps mort 104. Ce remorquage peut s'effectuer au moyen d'un remorqueur raccordé à la structure principale 18 du flotteur par un ou plusieurs câbles de remorquage 116.
Lorsque le flotteur 12 et l'éolienne 2 se trouvent à la verticale du panier 32 du contrepoids, le ROV 108 est à nouveau déployé pour venir connecter la structure principale du flotteur au panier au moyen des liens de ballast 36 (figure 6J). Afin de permettre de stabiliser la position du flotteur 12 au-dessus du panier du contrepoids, il pourra être nécessaire de recourir à plusieurs remorqueurs régulièrement espacés autour de celui-ci.
Au cours de l'étape suivante représentée par la figure 6K, l'air présent à l'intérieur des modules de flottaison 112 est alors libéré (et remplacé par de l'eau de mer). Le ROV 108 peut alors être piloté pour venir détacher les uns après les autres chaque module de flottaison vidé de son air pour le remonter dans la barge 100 au moyen d'un filin 118 de la grue 106 (figure 6L).
Une fois les modules de flottaison retirés, le panier 32 du contrepoids agit sur les liens de ballast 36 pour les tendre et l'orin 110 est quant à lui détendu (figure 6M). L'orin 110 peut ainsi être aisément déconnecté du panier du contrepoids par le ROV 108 (figure 6N). Le flotteur 12 et l'éolienne avec le panier 32 du contrepoids connecté par les liens de ballast sont alors remorqués par le remorqueur 114 jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne en mer (figure 60).
Une fois le flotteur 12 et l'éolienne 2 positionnés et maintenus à la verticale de sa zone d'implantation choisie, une barge 120 vient remplir le panier 32 du contrepoids avec le matériau de ballastage 34. Cette opération peut être réalisée grâce à un tube 122 reliant le panier à la barge 120 (figure 6P).
Comme représenté sur la figure 6Q, le remplissage du panier 32 du contrepoids par le matériau de ballastage 34 a pour conséquence de faire immerger le flotteur 12, cette immersion étant contrôlée pour permettre au bas du flotteur 12 de la structure de support flottant de se situer à sa profondeur d'immersion (typiquement de 25 m).
On notera que le contrepoids peut comprendre une pluralité de paniers recevant chacun un matériau de ballast et qui sont positionnés verticalement les uns en dessous des autres en étant régulièrement espacés (par exemple tous les 10m).
En liaison avec les figures 7A à 7K, on décrira à présent un procédé d'installation selon un deuxième mode de réalisation de l'invention d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant telle que décrite précédemment.
Au cours d'une première étape (figure 7A), une barge 200 vient préparer la zone temporaire du fond marin afin de permettre à celle-ci de supporter le poids des paniers remplis de ballast des contrepoids de plusieurs structures de support flottant. Cette préparation consiste à déverser sur le fond marin un matériau de remblais permettant au fond marin de pouvoir supporter le poids des paniers chargés de matériau de ballast tout en gardant une stabilité d'assiette acceptable.
Une fois le fond marin préparé, un ensemble de paniers 32 vides de contrepoids sont descendus en mer depuis la barge 200 et déposés sur le fond marin grâce à une grue 202 (figure 7B). Les paniers de contrepoids sont déposés les uns après les autres lors de l'avance de la barge, leur nombre dépendant du nombre d'éoliennes offshore du champ à installer (figure 7C).
Comme représenté sur la figure 7D, les paniers 32 de contrepoids déposés sur le fond marin sont alors remplis les uns après les autres par un matériau de ballast 34 à partir de la barge. Une fois les paniers remplis de matériau de ballast, des bouées temporaires 204 sont connectées sur ces paniers au moyen de la grue 202 de la barge et de l'aide d'un ROV 206 (figure 7E). La figure 7F montre l'ensemble des paniers de contrepoids munis chacun de plusieurs bouées temporaires 204.
Au cours de l'étape suivante représentée par la figure 7G, le flotteur 12 de la structure de support flottant sur lequel a été préalablement monté le mât 8 d'une éolienne est alors remorqué par un remorqueur 208 à la verticale d'un panier 32 du contrepoids. A marée basse, la structure principale du flotteur est alors connectée au panier du contrepoids au moyen des liens de ballast 36 (figure 7G).
Par effet de la marée montante, le panier 32 du contrepoids se soulève du fond marin grâce aux liens de ballast 36 (figure 7H) afin de permettre un remorquage du flotteur 12 et du panier par le remorqueur 208 jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne en mer (figure 71).
Une fois le flotteur 12 et le panier du contrepoids positionnés et maintenus à la verticale de la zone d'implantation choisie, la barge 200 est amenée pour venir déconnecter les uns après les autres les bouées temporaire 204 du panier 32. Cette opération est réalisée grâce au ROV 206 qui vient déconnecter chaque bouée temporaire et la remonter à bord de la barge grâce à un filin 210 (figure 7J).
Lorsque toutes les bouées temporaires sont déconnectées, la section « ballastable » de la structure centrale 26 du flotteur 12 est remplie d'eau de mer afin d'ajuster la ligne de flottaison du flotteur à la profondeur d'immersion souhaitée (figure 7K).
Dans une variante de ce deuxième mode de réalisation (non représentée sur les figures), il est prévu, à la place de l'étape de préparation de la zone temporaire du fond marin pour lui permettre de supporter le poids des paniers remplis de ballast des contrepoids, de déposer sur le fond marin un système de descente du contrepoids.
Dans cette variante, le système de rehausse peut ainsi remplacer totalement ou partiellement l'effet de la marée montante sur la position relative du panier par rapport au fond. Selon les cas, le remplissage du panier par du matériau de ballast peut se faire entièrement ou partiellement sur le panier posé sur le système de rehausse. Dans le cas où le remplissage se fait partiellement sur le panier posé sur le système de rehausse un complément de matériau de ballast est effectué une fois le panier décollé du système de rehausse.
Ce système de descente du contrepoids comprend une embase large permettant au fond marin de supporter le poids du système et le panier vide du contrepoids de la structure de support flottant selon l'invention. Une fois le panier vide descendu et posé sur l'embase, les étapes du procédé d'installation de manière similaire à celles décrites précédemment en liaison avec les figures 7D à 7K.
Cette variante de réalisation peut être préférée car elle présente l'avantage de s'affranchir de la marée.
En liaison avec les figures 8A à 8H, on décrira un troisième mode de réalisation du procédé d'installation selon l'invention d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant telle que décrite précédemment.
Cette variante de réalisation est particulièrement intéressante pour le comportement dynamique du contrepoids pendant la descente en liant le panier de celui-ci au flotteur par l'intermédiaire de plusieurs chaînes en caténaire ce qui permet de découpler les mouvements de l'un et de l'autre. De plus, aucune préparation du fond de la mer n'est requise.
Selon une première étape illustrée par la figure 8A, un premier remorqueur 300 est utilisé pour remorquer en mer le flotteur 12 de la structure de support flottant sur lequel a été préalablement monté le mât d'une éolienne 2. Le panier 32 vide du contrepoids de la structure de support flottant est quant à lui remorqué indépendamment par un second remorqueur 302.
On notera que pour faciliter le remorquage du panier du contrepoids, celui-ci peut être muni de bouées temporaires 304. On notera également que les deux remorqueurs 300, 302 sont équipés chacun d'un système de positionnement dynamique.
Une fois parvenus à la zone d'implantation en mer de l'éolienne, les remorqueurs 300, 302 manœuvrent pour rapprocher le flotteur 12 du panier 32 afin de permettre la mise en place des connexions entre ces deux éléments (figure 8B).
Ces connexions sont notamment les liens de ballast 36 reliant le panier 32 à chaque extrémité des tubes de la structure principale du flotteur. Cette opération peut être réalisée à l'aide d'un bateau de connexion en positionnement dynamique 306. Comme représenté sur la figure 8C, des chaînes de lestage 308 sont également connectées entre différents points du panier 32 et la structure principale du flotteur 12. Ces chaînes de lestage sont par exemple au nombre de trois. Au cours de ces opérations, d'autres liens de retenue (non représentés sur les figures) peuvent être connectés entre le panier et le flotteur pour limiter l'éloignement du flotteur par rapport au panier.
Au cours de l'étape suivante, le panier 32 du contrepoids est éloigné du flotteur 12 puis immergé progressivement par réduction de la flottaison des bouées temporaires 304 ou par ajout de poids dans le panier (figure 8E). L'immersion du panier est poursuivie jusqu'à une première position d'équilibre sous le flotteur (figure 8F).
Le panier 32 du contrepoids est descendu davantage en réduisant de manière continue ou par pallier la flottaison des bouées temporaires (ou par ajout de lest). On notera que la descente du panier entraîne une réduction de la caténaire des chaînes de lestage 308 sous le panier et donc du poids qu'il faut compenser par flottaison. Il est envisagé un processus dans lequel la descente du panier provoquerait automatiquement la baisse de sa flottaison et une baisse également du lest avec un décalage tel que la vitesse de descente du panier serait suffisamment faible.
La descente du panier se termine au moment où les liens de ballast 36 sont tendus (figure 8G). Si besoin, il peut être envisagé que la descente s'arrête automatiquement à des profondeurs voulues (par exemple légèrement avant que les liens de ballast se tendent pour pouvoir s'assurer que leur configuration est acceptable) en s'assurant que la perte de lest soit rattrapée par la perte de flottaison à la profondeur voulue.
Enfin, le panier 32 du contrepoids est rempli par le matériau de ballast 34, par exemple à partir d'un bateau de ballastage 310 déversant le matériau de ballast dans le panier à l'aide d'une gouttière ou tube de remplissage 312 (figure 8H).
Cette dernière étape peut être remplacée par le remplissage d'éléments de flottaison liés au panier dans le cas où le lest était déjà présent dans ce panier particulier ayant une réserve de flottabilité équivalente au poids final vu par les liens de ballast. On notera que les chaînes de lestage 308 pourront être utilisées pour servir pour réaliser le cas échéant un système d'ancrage de la structure de support flottant.
En liaison avec les figures 9A à 9C, on décrira un quatrième mode de réalisation du procédé d'installation selon l'invention d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant telle que décrite précédemment.
Dans ce quatrième mode de réalisation il est prévu de transporter en mer conjointement par un remorqueur 400 le flotteur 12 avec son panier 32 de contrepoids vide de lest positionné en dessous de la structure de support flottant jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne (figure 9A).
Le panier 32 est alors descendu par un système de levage 402 installé au niveau de la plateforme de l'éolienne 2 jusqu'à ce que les liens de ballast soient tendus (figure 9B). Le flotteur 12 connecté au contrepoids est ensuite remorqué jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne et le panier 32 peut alors être rempli avec du matériau de ballast à partir d'un bateau de ballastage 404 comme décrit précédemment (c'est-à-dire au moyen d'un tube 406 reliant le panier au bateau de ballastage - voir la figure 9C).
En liaison avec les figures 10A à 10D, on décrira maintenant un cinquième mode de réalisation du procédé d'installation selon l'invention d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant telle que définie précédemment.
Dans ce cinquième mode de réalisation, le procédé comprend dans une première étape illustrée sur la figure 10A, la connexion de liens de ballast 36 et de chaînes de lestage 500 entre le panier 32 du contrepoids et le flotteur 12. Une fois cette opération effectuée, le flotteur connecté au contrepoids est remorqué en mer à l'aide d'un remorqueur 502 jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne (figure 10B).
Conjointement, le panier 32 vide du contrepoids positionné sous la structure de support flottant et de son flotteur est transporté en mer.
Le panier est immergé par ballastage de manière progressive et la position du panier est contrôlée par l'effet caténaire des chaînes de lestage pour le descendre dans une position d'équilibre sous le flotteur (figure 10C). Le panier 32 est alors descendu sous le flotteur jusqu'à ce que les liens de ballast 36 soient tendus, puis il est rempli par un matériau de ballast afin d'immerger le flotteur (figure 10D). Enfin, le flotteur connecté au contrepoids est remorqué jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne.
En liaison avec les figures 11A à 11F, on décrira maintenant un sixième mode de réalisation du procédé d'installation selon l'invention d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant telle que définie précédemment.
Dans ce sixième mode de réalisation, le procédé comprend dans une première étape illustrée sur la figure 11A, le transport en mer par un remorqueur 600 du panier 32 du contrepoids positionné de manière amovible à l'intérieur d'une structure submersible de support flottant 602 jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne.
Dans ce mode de réalisation, le panier 32 du contrepoids est préalablement rempli de matériau de ballast et la structure submersible de support flottant 602 est remplie d'air à la pression atmosphérique avant le départ afin d'avoir la flottabilité nécessaire pour maintenir en flottaison le panier du contrepoids.
Comme représenté sur les figures 11B et 11C, une fois arrivé sur la zone d'implantation de l'éolienne, le panier 32 de contrepoids et la structure submersible de support flottant 602 sont descendus sous l'eau par un système de chaînes de ballast 604 accrochées à la structure submersible de support flottant jusqu'à atteindre la profondeur désirée. A cet effet, les chaînes de ballast 604 ont un poids linéaire prédéfini et sont accrochées à la structure submersible de support flottant à l'aide d'un second remorqueur 600'. Des ancres 606 peuvent être accrochées aux chaînes de ballast 604 afin de stabiliser le panier de contrepoids (figure 11C).
L'éolienne avec son flotteur 12 est ensuite remorquée jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne et positionnée à la verticale du panier 32 de contrepoids (figure 11D). Les liens de ballast 36 préalablement connectés au flotteur 12 sont alors descendus et connectés un par un au panier 32 de contrepoids au moyen par exemple d'un véhicule sous-marin téléguidé 108 (figure 11E).
Au cours de l'étape suivante, la structure submersible de support flottant 602 est progressivement remplie d'eau (en remplacement de l'air) afin de perdre de la flottabilité. Au cours de ce remplissage, elle descend avec le panier de contrepoids jusqu'à ce que les liens de ballast 36 entrent en tension. La descente du panier est alors stoppée et le poids du panier est progressivement transféré au flotteur 12 de l'éolienne qui voit les liens de ballast 36 se tendre sous le poids du panier du contrepoids (figure 11F).
Quand l'intégralité du poids du panier est transférée au flotteur de l'éolienne, la structure submersible de support flottant 602 poursuit sa descente afin de se désengager complètement du panier 32 de contrepoids. Lorsqu'elle se retrouve remplie d'eau, elle se situe alors au- dessus du fond marin à une distance de quelques mètres sous le panier, les chaînes de ballast 604 assurant son maintien dans cette position. L'éolienne et son contrepoids peuvent ensuite être remorquées par le remorqueur 600 jusqu'à leur zone d'implantation.
Dans une variante de réalisation (non représentée sur les figures) de ce sixième mode de réalisation, le panier de contrepoids n'est que partiellement rempli au préalable de matériau de ballast. Après que l'éolienne et son contrepoids aient été remorqués sur la zone d'implantation, un navire transportant le reste du matériau de ballast se positionne aux abords de l'éolienne et remplit le panier de contrepoids à l'aide d'une tuyauterie flexible jusqu'à ce que l'éolienne atteigne le tirant d'eau requis.
Dans un septième mode de réalisation (non représenté sur les figures) du procédé d'installation selon l'invention d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant telle que définie précédemment, le panier de contrepoids est doté de compartiments de ballast d'air.
Ce panier est préalablement coulé dans le port et le flotteur de l'éolienne est positionné à la verticale du panier afin de connecter les liens de ballast par plongeurs. D'autre liens temporaires, plus courts (d'environ 5 mètres) sont connectés entre le flotteur et le panier. Le panier est ensuite « déballasté » afin de venir se coller au flotteur de l'éolienne. L'ensemble est remorqué jusqu'à un site en eau abrité d'environ 20m de profondeur d'eau où le panier est ballasté jusqu'à ce qu'il devienne pesant et soit repris en tension par les liens temporaires. L'ensemble est alors remorqué jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne où l'éolienne est amarrée. Les liens temporaires sont déconnectés et le panier descend dans la colonne d'eau jusqu'à être repris en tension par les liens de ballast. Par la suite, un navire transportant le reste du matériau de ballast se positionne aux abords de l'éolienne et remplit le panier de contrepoids à l'aide d'une tuyauterie flexible jusqu'à ce que l'éolienne atteigne le tirant d'eau requis.
On notera que comme pour le sixième mode de réalisation, ce septième mode de réalisation peut être mis en œuvre avec un panier de contrepoids qui est préalablement complètement ou partiellement seulement rempli de matériau de ballast.

Claims

REVENDICATIONS
1. Structure de support flottant (10) pour éolienne offshore (2), comprenant un flotteur (12) destiné à être en partie immergé et sur lequel est destiné à être assemblé un mât (8) d'éolienne, et un contrepoids (16) relié au flotteur et destiné à être immergé sous le flotteur, caractérisée en ce que :
le flotteur (12) comprend :
une structure principale (18) de forme torique ou polygonale à au moins cinq côtés qui est formée par au moins un tube (20) destiné à être immergé ;
une structure tubulaire centrale (26) ayant un diamètre adapté pour recevoir le mât (8) de l'éolienne et comprenant une section apte à être ballastée afin d'ajuster la ligne de flottaison du flotteur ;
une première série de bracons horizontaux (28) régulièrement répartis autour d'un axe vertical et reliant la structure principale à la structure centrale ; et
une seconde série de bracons obliques (30) régulièrement répartis autour d'un axe vertical (Y-Y) et reliant la structure principale à la structure centrale en formant un angle (a) compris entre 15° et 60° avec les bracons horizontaux (28) ;
et en ce que le contrepoids (16) comprend un panier (32) apte à recevoir un matériau de ballast (34) et des liens de ballast (36) reliant le panier à la structure principale (18) du flotteur en formant un angle (b) compris entre 15° et 45° avec l'axe vertical (Y-Y).
2. Structure selon la revendication 1, dans laquelle les liens de ballast (36) forment un angle (b) avec l'axe vertical (Y-Y) donné par l'équation suivante :
b = arctan [( Dc/2 + Lh + Df ) / ( P - Te - Ep - Gp )] dans laquelle : P est la profondeur d'eau ; Te est le tirant d'eau mesuré au bas de la structure principale ; Ep est l'épaisseur du panier ; Gp est la distance entre le bas du panier et le fond marin ; De est le diamètre de la structure centrale ; Lh est la longueur des bracons horizontaux ; et Df est le diamètre des tubes de la structure principale.
3. Structure selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle le contrepoids comprend une pluralité de paniers aptes chacun à recevoir un matériau de ballast et positionnés verticalement les uns en dessous des autres en étant régulièrement espacés.
4. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les bracons obliques (30) forment un angle (a) de 30° avec les bracons horizontaux (28). 5. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le flotteur comprend en outre une structure de flottabilité additionnelle formée par un assemblage de flotteurs additionnels (24) montés sur le tube (20) de la structure principale (18). 6. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la structure principale (18) du flotteur est formée par un assemblage d'une pluralité de tubes (20) qui sont raccordés entre eux par l'intermédiaire de plaques de jonction (22) soudées aux extrémités des tubes.
7. Procédé d'installation en mer d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant les étapes successives de :
transport en mer et dépose sur le fond marin d'un panier (32) vide du contrepoids (16) de la structure de support flottant ;
remplissage du panier du contrepoids posé sur le fond marin par un matériau de ballast (34) ;
remorquage en mer du flotteur (12) de la structure de support flottant jusqu'à la verticale du panier rempli du contrepoids ;
connexion à marée basse de la structure principale (18) du flotteur au panier rempli du contrepoids par l'intermédiaire de liens de ballast (36) ;
tensionnement des liens de ballast et libération du panier du contrepoids par effet de la marée montante ; et
remorquage en mer du flotteur connecté au contrepoids jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel des bouées (204) sont connectées au panier du contrepoids pour en diminuer le poids lors du décollement du fond marin. 9. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le panier du contrepoids est déposé sur le fond marin par l'intermédiaire d'un système de rehausse sur lequel repose le panier.
10. Procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant selon l'une quelconque des revendications 1 à
6, comprenant les étapes successives de :
transport en mer séparément d'un panier (32) vide et flottant du contrepoids (16) de la structure de support flottant et de son flotteur (12) ;
connexion de liens de ballast (36) et de chaînes de lestage
(308) entre le panier et le flotteur ;
immersion du panier par son ballastage progressif et contrôle de sa position par l'effet caténaire des chaînes de lestage pour le descendre dans une position d'équilibre sous le flotteur ;
descente du panier sous le flotteur jusqu'à ce que les liens de ballast (36) soient tendus ;
remplissage du panier du contrepoids par un matériau de ballast (34) afin d'immerger partiellement le flotteur ; et
remorquage en mer du flotteur connecté au contrepoids jusqu'à la zone d'implantation en mer de l'éolienne.
11. Procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant les étapes de :
transport en mer d'un panier (32) vide du contrepoids (16) de la structure de support flottant ;
descente en mer du panier vide du contrepoids sur lequel ont été préalablement fixés des modules de flottaison temporaire (112) et amarrage de celui-ci à un corps mort (114) préalablement déposé au fond de la mer ; activation des modules de flottaison temporaire du panier pour permettre à celui-ci de se stabiliser entre deux eaux à la verticale du corps mort ;
remorquage en mer du flotteur (12) de la structure de support flottant jusqu'à la verticale du panier vide du contrepoids ;
connexion de la structure principale (18) du flotteur au panier vide du contrepoids par l'intermédiaire de liens de ballast (36) ;
lestage du panier vide du contrepoids pour permettre sa déconnexion du corps mort (104) ;
remplissage du panier du contrepoids par un matériau de ballast
(34) afin d'immerger partiellement le flotteur ; et
remorquage en mer du flotteur connecté au contrepoids jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne. 12. Procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant les étapes successives de :
transport en mer conjoint d'un panier (32) du contrepoids (16) positionné sous la structure de support flottant et de son flotteur (12) ;
descente verticale du panier au moyen d'un système de levage
(402) intégré au niveau du flotteur ;
remorquage en mer du flotteur connecté au contrepoids jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne ; et
remplissage par un matériau de ballast du panier du contrepoids suspendu à la structure du flotteur.
13. Procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant les étapes successives de :
connexion de liens de ballast (36) et de chaînes de lestage
(308) entre le panier (32) du contrepoids et le flotteur (12);
remorquage en mer conjoint du flotteur connecté au contrepoids positionné sous la structure de support flottant jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne ;
immersion du panier par ballastage progressif du panier et contrôle de la position du panier par l'effet caténaire des chaînes de lestage pour le descendre dans une position d'équilibre sous le flotteur ; descente du panier sous le flotteur jusqu'à ce que les liens de ballast (36) soient tendus ; et
remplissage du panier du contrepoids par un matériau de ballast (34) afin d'immerger le flotteur.
14. Procédé d'installation d'une éolienne offshore munie d'une structure de support flottant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant les étapes successives de :
transport en mer d'un panier (32) du contrepoids (16) de la structure de support flottant positionné dans une structure submersible de support flottant (602) remplie d'air ;
descente en mer de la structure submersible de support flottant (602) par un système de chaînes de ballast (604) accrochées à celle-ci ;
remorquage en mer du flotteur (12) à la verticale du panier de contrepoids, les liens de ballast (36) ayant été préalablement connectés au flotteur ;
connexion des liens de ballast au panier du contrepoids ;
remplissage progressive de la structure submersible de support flottant afin de lui faire perdre de la flottabilité jusqu'à ce que les liens de ballast entrent en tension et que la structure submersible de support flottant se désengage complètement du panier de contrepoids ;
remorquage en mer du flotteur connecté au contrepoids jusqu'à la zone d'implantation de l'éolienne ; et
amarrage du flotteur connecté au contrepoids sur la zone d'implantation de l'éolienne.
15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel le transport en mer du panier de contrepoids est réalisé avec un panier préalablement rempli de matériau de ballast.
16. Procédé selon la revendication 14, dans lequel le transport en mer du panier de contrepoids est réalisé avec un panier faiblement rempli de matériau de ballast, le reste du matériau de ballast venant remplir le panier une fois que l'éolienne et son contrepoids aient été remorqués sur la zone d'implantation.
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