En instance de brevet U.S. no.: 61/245 461

Éolienne rurale

Par :

François Gagnon

Éolienne Rurale

Concepts et designs par Francois Gagnon Page 2 sur 13 Propriété intellectuelle administrée par ‘Goudreau Gage Dubuc’ de Montréal.

Abrégé Le présent document décrit une application spécifique du principe d’éolienne à

concentrateur de vent.

Les éoliennes rurales doivent satisfaire à des critères de développement similaires à ceux des éoliennes urbaines mais en tenant compte du fait qu’elles ne seront ni installées sur ou à proximité immédiate d’immeuble d’habitation. Même si une plus grande souplesse de design est possible, elles doivent :

- Fournir l’énergie totale nécessaire à une ferme, incluant des véhicules

électriques comme les tracteurs, des serres et plusieurs bâtiments agricoles et résidentiels.

- Être économiques à la fabrication et à l’installation considérant qu’un réseau de plusieurs appareils sera nécessaire pour satisfaire la demande.

- Être relativement silencieuses, le niveau sonore doit être atténué pour se confondre avec celui des bruits naturels à une distance de 100 mètres.

- Ne pas nécessiter de fondation complexe et idéalement n’utiliser aucun espace cultivé.

- Avoir une apparence visuelle qui ne soit pas gênante, idéalement elle ne présente aucun mouvement apparent à une distance de 100 mètres.

- Lorsque requis, pouvoir être munie de protection pour la faune volante.

Les principes de fonctionnement décrits dans la présentation du brevet Éolienne à concentrateur de vent permettent d’atteindre tous ces objectifs.

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Contexte Les champs de cultures sont des milieux propices à l’implantation de turbines à vent car il s’agit de terrains relativement plats où la végétation présente peu d’obstacle au vent. Ce que nous appelons éolienne rurale pourrait aussi s’appeler éolienne industrielle car les usines situées dans des parcs industriels bien défini sont aussi des sites propices à l’installation d’éoliennes de capacités moyennes produisant des niveaux de bruits entre 5 et 10 décibels plus élevés que les éoliennes urbaines. Nous conserverons l’appellation éolienne rurale car les éoliennes industrielles sont déjà associées aux éoliennes tripales géantes contre lesquels une résistance très organisée est déjà en place. Le modèle de base La figure 10 montre une coupe en plongé de ce qui serait une bonne solution pour une éolienne rurale. Ici le centre de la turbine est complètement ajouré pour permettre l’utilisation d’une concentration de vent provenant de 3 directions. Le vent concentré en 14 attaque la turbine dans un angle qui favorise sont évacuation vers le centre ouvert pour être expulsé en 17. Le vent concentré en 16 aborde la turbine dans un angle plus direct et il est expulsé en 19 sans avoir passé par le centre. La figure 11 montre une coupe plus basse ou l’arrière et le dessous de l’appareil est ajouré pour faciliter l’évacuation de l’air. Le facteur de concentration apparente est de :

(D+E+F) / G Dans le cas de ce schéma, il est d’environ 8.5. On note que les pales de la turbine ont une largeur G et que cette même dimension est utilisée à la fin de chacune des arrivées de vent concentré. La dimension H peut varier d’un appareil à l’autre. Plus la turbine sera couverte, moins il y aura de bruit aérodynamique émis par l’appareil et

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moins le mouvement des pales sera apparent. Par contre une turbine plus fermée sera moins efficace car il y aura moins d’espace pour expulser le vent résiduel. Pour ce dessin, le point de rotation 20 est situé à l’avant de l’appareil, ce qui permet un alignement naturel avec la direction du vent. Cette opération peut aussi être mécanisée en utilisant un point de pivotement près ou derrière le centre de masse. Bien que légèrement plus dispendieux, un pivotement mécanique permettra une meilleure répartition des charges statiques et dynamiques, pour une structure et une fondation allégée. La figure 12 est une vue en coupe ‘A-A’ de la figure 11. Ici les 2 générateurs de courant 23 sont installés à l’intérieur des pales de la turbine, mais ils peuvent aussi être installés sur le dessus ou le dessous de l’appareil. On note que la partie inférieure 22 de la structure est ouverte pour favoriser l’expulsion de l’air, cela empêche aussi l’accumulation de neige ou de sable dans l’appareil. Les lignes 21 mettent en évidence la différence d’ouverture de dégagement pour le vent lorsque la dimension H est minimum ou maximum. La figure 13 montre une série d’éoliennes rurales installées dans les fossés d’un champ de culture. D’accès facile, aucune surface agricole n’est sacrifiée. Chaque appareil pourrait capter de 15 à 20 m2 de vent à une hauteur de 5 à 10 m. du sol. Une ferme exploitant quelques kilomètres carrés de terre pourrait installer une centaine de ces éoliennes et jouir d’un potentiel électrique de l’ordre du mégawatt, avec un rendement de seulement 25% (1), cela pourrait justifier un investissement de 2 à 3 millions de dollars. Dans le même ordre d’idée, les routes pourraient être jalonnées de ces éoliennes rurales au rythme de 50 à 100 appareils par kilomètre, dépendamment de la vitesse moyenne du vent moyen à exploiter. L’avantage premier de garnir les routes d’éoliennes est qu’aucun chemin d’accès n’est nécessaire, ce qui réduit une partie du coût des projets, le tout sans occuper des surfaces cultivées ou des sites naturels. (1) Comme expliqué séparément, le rendement comparatif que nous proposons inclus l’amélioration du rendement de l’appareil par rapport à une éolienne classique et l’augmentation de la plage d’utilisation. Dans le contexte décrit, une zone ayant une vitesse moyenne de vent de l’ordre de 15 km/h, une éolienne classique aurait un rendement inférieur à 20% de sa puissance nominale.

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Le modèle minimaliste La figure 26 montre une coupe en plongé de ce qui serait une solution simplifiée de l’éolienne rurale. Pour couvrir la même surface de vent incident, ce modèle sera légèrement plus large que l’appareil de base car les deux turbines sont aux extrémités du déflecteur de vent. Cette structure évasée produit un flux de vent unidirectionnel qui nous permet de revenir à une turbine ayant le centre fermé, ce qui nous assure une utilisation à 100% du vent harnaché. Pour fin de démonstration, nous montrons l’appareil avec 2 niveaux de compressions différents. Du coté 43 le niveau de compression réel est de 6.5, du coté 44 le niveau de compression est de 9.5. Une étude en soufflerie nous permettra d’établir les meilleurs angles de travail et les niveaux de compressions optimaux en fonction des diverses vitesses moyennes de vents. On notera que l’efficacité de ce modèle chutera rapidement lorsque celui-ci ne sera pas bien aligné avec le vent. Le mécanisme de rotation devra donc être plus rapide que sur le modèle de base. La figure 27 montre une structure simple de déflecteurs de son 45 qui pourrait être installé en option. Sans être aussi efficace que le système proposé pour les éoliennes urbaines, ces déflecteurs atténueront le son des appareils de quelques décibels lorsque se sera nécessaire. La figure 28 montre une éolienne rurale peinte de façon à se fondre dans le paysage. L’insertion visuelle serait encore meilleure si en plus les déflecteurs de l’appareil étaient fabriqués de plexiglas transparent.

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Conclusion Sur une base de production industrielle, par exemple à l’échelle d’une usine automobile, le coût de production d’une éolienne rurale captant 20 mètres carrés de vent avoisinerait les 2 à 3,000$. Il est donc réaliste de pensé que celle-ci pourrait être livrée et installée pour un montant en dessous de 10,000$. Une installation d’une puissance nominale de 1 mégawatt pourrait donc être livrée et câblée pour un coût de l’ordre du million de dollars. Ceci nous amène aux conclusions suivantes :

1- Avec un prix de revient réduit et une efficacité adaptée aux divers sites d’implantations, il n’est plus nécessaire de choisir minutieusement chaque site d’implantation. Nous pouvons installer nos sources d’énergie partout où les chemins nous mènent.

2- Les routes conduisant toutes à une ville ou à un village, l’électricité consommée sera utilisée près de son lieu de production, ce qui réduira au minimum les pertes dans le réseau de distribution.

3- La production finale étant du même ordre que celle des éoliennes géantes, l’implantation de celles-ci pourra être repoussée vers des lieux où elles ne dérangent personne.

Avec une mise de fond raisonnable, les designs proposés ici peuvent révolutionner le monde de l’énergie éolienne dans un très court laps de temps. François Gagnon ing.

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