FR3146305A1 - Procédé de production en série de flotteurs pour éoliennes offshore - Google Patents
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Abstract
Procédé de production en série de flotteurs pour éoliennes offshore
L’invention concerne un procédé de production en série de flotteurs (2) pour éoliennes offshore constitués chacun par l’assemblage d’au moins deux blocs unitaires (B-1, B-2) différents de flotteurs, le procédé comprenant l’acheminement et le stockage sur différentes zones de stockage (Z-1, Z-2) d’une surface de production (10) de blocs (B-1, B-2) différents de flotteurs, les mêmes blocs étant stockés sur une même zone de stockage de la surface de production, et la fabrication à la chaîne de flotteurs comprenant pour, chaque flotteur, une étape de préparation des blocs, une étape d’assemblage et de soudage primaire des blocs entre eux au niveau d’une zone d’assemblage et de soudage primaire (Z-3) distincte des zones de stockage et adjacente à celles-ci, suivie d’une étape de soudage final des blocs entre eux au niveau d’une zone de soudage final (Z-4) distincte des autres zones de la surface de production, suivie d’une étape d’achèvement du flotteur au niveau d’une zone d’achèvement (Z-5) distincte des autres zones, les blocs de flotteurs et les flotteurs en cours de fabrication étant déplacés entre les différentes zones de celle-ci selon des mouvements de translation.
Figure pour l’abrégé : Fig. 14.
Description
L’invention se rapporte au domaine général des flotteurs pour éoliennes offshore. Elle concerne plus précisément un procédé de production en série de tels flotteurs.
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 qui sont concernées par la présente invention comprennent une turbine généralement formée par un moteur à plusieurs pales rotatives à axe horizontal et un générateur électrique accouplé au moteur, le moteur et le générateur étant fixés à une extrémité supérieure d’un mât (ou pylône) vertical.
L’extrémité inférieure du mât est quant à elle montée sur une structure de support flottant (appelée « flotteur »). Il existe différents types de flotteurs, à savoir les flotteurs semi-submersibles (avec ou sans contrepoids pendulaire), les flotteurs immergés avec câbles tendus (ou plateformes « TLP » pour « Tension-Leg Platform » en anglais), les flotteurs de type « SPAR » (pour « Single Point Anchor Reservoir »), les flotteurs semi-submersibles de type « barge », etc. On pourra par exemple se référer à la publication WO 2019/106283 qui décrit une structure de support flottant dont la structure principale présente une forme torique ou polygonale.
Les éoliennes offshore sont le plus souvent rassemblées dans un « parc éolien » ou « ferme éolienne » comportant généralement entre 20 et 50 éoliennes de plusieurs mégawatts de puissance unitaire.
Dans les projets de développement de parcs éoliens offshore flottants, le calendrier de livraison des flotteurs est un paramètre clé pour la réussite de la livraison de grands parcs éoliens offshore dans des fenêtres d'installation qui sont serrées. En outre, la capacité à garantir une production locale des flotteurs est de la plus haute importance, mais les surfaces terrestres disponibles pour l'assemblage des flotteurs constituent généralement un obstacle majeur.
Il existe donc un besoin de pouvoir disposer d’un procédé de production en série de flotteurs pour éoliennes offshore qui ne requiert qu’une faible surface terrestre.
Conformément à l’invention, ce but est atteint grâce à un procédé de production en série de flotteurs pour éoliennes offshore constitués chacun par l’assemblage d’au moins deux blocs unitaires différents de flotteurs, le procédé comprenant successivement :
- l’acheminement et le stockage sur différentes zones de stockage d’une surface de production munie d’un quai de chargement d’une pluralité de blocs différents de flotteurs, les mêmes blocs de flotteurs étant stockés sur une même zone de stockage de la surface de production ;
- la fabrication à la chaîne de flotteurs comprenant successivement pour, chaque flotteur, une étape de préparation des blocs au niveau de leur zone de stockage, une étape d’assemblage et de soudage primaire des blocs de flotteur entre eux au niveau d’une zone d’assemblage et de soudage primaire de la surface de production distincte des zones de stockage et adjacente à celles-ci, suivie d’une étape de soudage final des blocs entre eux au niveau d’une zone de soudage final de la surface de production distincte des autres zones de la surface de production, suivie d’une étape d’achèvement du flotteur au niveau d’une zone d’achèvement de la surface de production distincte des autres zones de la surface de production ;
- les blocs de flotteurs et les flotteurs en cours de fabrication étant déplacés sur la surface de production entre les différentes zones de celle-ci principalement selon des mouvements de translation.
Ce procédé est remarquable en ce qu’il permet de fabriquer des flotteurs pour éoliennes offshore à la chaîne sur une surface terrestre de superficie très limitée. En effet, la disposition des différentes zones de la surface de production les unes par rapport aux autres et l’enchaînement des étapes successives de la fabrication des flotteurs permettent de limiter considérablement l’emprise au sol du processus de fabrication tout en autorisant une cadence de production élevée. Par ailleurs, du fait que les déplacements des différents éléments de flotteurs s’effectuent principalement par mouvements de translation (et non de levage), le procédé selon l’invention présente une grande facilité de mise en œuvre avec le recours de moyens de manutention standards (sans moyens de levage lourd) et un besoin en main-d’œuvre spécialisée en nombre limité.
De plus, du fait de sa grande simplicité de mise en œuvre, le procédé selon l’invention permet à la fois de maximiser les ressources locales avec le recours à des sessions de formation du personnel rapides, et de minimiser l’impact carbone sur l'environnement avec des actifs mobiles/réutilisables et un approvisionnement énergétique sélectionné. Le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre temporairement n’importe où à proximité des parcs éoliens, et être déplacé vers d'autres zones en fonction de l'emplacement des projets.
De préférence, la fabrication à la chaîne de flotteurs comprend en outre le chargement du flotteur achevé sur une barge de transport amarrée au quai de chargement par des moyens de transports ou par une mise à l’eau par ripage sur un plan incliné du flotteur achevé. Dans ce cas, le procédé peut comprendre en outre, à la suite du chargement du flotteur sur la barge de transport, l’intégration sur le flotteur d’un mât et d’une turbine d’éolienne.
L’étape d’acheminement des blocs différents de flotteurs sur les zones de stockage de la surface de production peut être réalisée au moyen de navires de transport.
De préférence également, l’étape d’achèvement des flotteurs est suivie d’une étape de mise en retrait et de réparation d’un flotteur ayant été identifié comme présentant des défauts de fabrication, cette étape de mise en retrait et de réparation étant réalisée au niveau d’une zone tampon de la surface de production distincte des autres zones de la surface de production et adjacente à la zone d’achèvement.
Les zones d’assemblage et de soudage primaire, de soudage final et d’achèvement sont avantageusement localisées entre deux zones latérales de stockage de la surface de production.
Les zones d’assemblage et de soudage primaire, de soudage final et d’achèvement sont de préférence espacées longitudinalement les unes des autres, la zone d’achèvement étant adjacente au quai de chargement de la surface de production.
Les blocs de flotteurs et les flotteurs en cours de fabrication peuvent être déplacés entre les différentes zones de la surface de construction par des véhicules de transport à roues multiples ou par ripage.
Les différentes étapes du procédé de production sont avantageusement monitorées (par exemple à l’aide de caméras de vidéosurveillance, de scanners, etc.).
De préférence encore, le procédé comprend en outre la mise en place d’une traçabilité des blocs de flotteurs et des différents équipements utilisés pour la fabrication des flotteurs.
Chaque flotteur peut comprendre quatre colonnes dont une colonne centrale destinée à recevoir un mât d’éolienne et trois colonnes extérieures qui sont raccordées à la colonne centrale par des pontons inférieurs. Dans ce cas, chaque flotteur peut être formé par l’assemblage de trois blocs : un premier bloc comprenant la colonne centrale, une colonne extérieure et un ponton inférieur, et deux seconds blocs identiques comprenant chacun une colonne extérieure et un ponton inférieur.
L’invention concerne la production en série et à la chaîne de flotteurs pour éoliennes offshore, notamment des flotteurs de type semi-submersible.
Les flotteurs auxquels s’applique la présente invention ont la particularité de pouvoir être fabriqué par l’assemblage d’une pluralité de blocs unitaires différents.
Dans l’exemple d’application décrit ci-après, chaque flotteur 2 comprend, comme représenté sur la , quatre colonnes dont une colonne centrale 4 qui est destinée à recevoir un mât d’éolienne et trois colonnes extérieures 6 qui sont raccordées à la colonne centrale par des pontons inférieurs 8.
En pratique, de tels flotteurs 2 peuvent être formés chacun par l’assemblage de trois blocs : un premier bloc B-1 comprenant la colonne centrale 4, une colonne extérieure 6 et un ponton inférieur 8, et deux seconds blocs B-2 identiques comprenant chacun une colonne extérieure 6 et un ponton inférieur 8.
Bien entendu, l’invention s’applique à d’autres types et d’autres formes de flotteurs, ces derniers devant être formés par l’assemblage d’au moins deux blocs unitaires différents de flotteurs.
L’étape préliminaire du procédé de production en série de tels flotteurs est de disposer d’une surface terrestre de production 10 susceptible d’accueillir les différents éléments et équipements nécessaires à la fabrication des flotteurs.
De façon avantageuse, cette surface terrestre de production 10 pourra être relativement compacte (en ne dépassant pas typiquement 10ha) et être munie d’un quai de chargement 12 (ayant typiquement une longueur comprise entre 300 et 800m).
L’étape initiale du procédé de production en série selon l’invention ( ) consiste à acheminer différents blocs unitaires B-1, B-2 de flotteurs vers la surface de production par l’intermédiaire de navires de transport 14 venant s’arrimer au quai de chargement 12.
Les blocs B-1, B-2 sont déchargés des barges de transport 14 de préférence par des véhicules de transport à roues multiples 16 pré-positionnés à cet effet sur la surface de production 10 ( ).
Alternativement, les blocs pourraient être débarqués par ripage, c’est-à-dire par glissement (en les tirant ou les poussant sur des blocs de béton par exemple).
Les blocs de flotteurs appartenant à la même catégorie sont stockés sur une même zone de stockage. Ainsi, comme représenté par la , les blocs B-1 sont transportés et stockés sur une même première zone de stockage Z-1 de la surface de production, tandis que les blocs B-2 sont transportés et stockés sur une deuxième zone de stockage Z-2 de la surface de production distincte de la première zone de stockage Z-1.
De façon avantageuse, les zones de stockage Z-1, Z-2 sont localisés le long de deux bords latéraux 18a, 18b opposés de la surface de production 10, de sorte à ménager entre elles une surface centrale d’assemblage.
La fabrication à la chaîne de flotteurs peut alors débuter par une étape préliminaire consistant à préparer les blocs unitaires de flotteurs, c’est-à-dire en réalisant sur ces derniers des opérations d’usinage, de surfaçage, de mesures géométriques, etc. Cette étape de préparation est réalisée au niveau des zones de stockage Z-1, Z-2.
Pour chaque flotteur, la fabrication continue par une étape d’assemblage et de soudage primaire des différents blocs B-1, B-2 constitutifs d’un même flotteur entre eux. Cette étape d’assemblage et de soudage primaire consiste à assurer une connexion des blocs entre eux. Elle est réalisée à l’aide d’outils de travail spécifiques (non représentés) et au niveau d’une zone d’assemblage et de soudage primaire Z-3 de la surface de production qui est distincte des zones de stockage Z-1, Z-2 et adjacente à celles-ci.
En pratique, et comme représenté à titre d’exemple par les figures 5 à 7, le premier bloc B-1 du flotteur est amené sur la zone d’assemblage et de soudage primaire Z-3 au moyen de véhicules de transport à roues multiples 16 ou par ripage ( ), puis un premier second bloc B-2 du flotteur est également amené sur la zone d’assemblage et de soudage primaire ( ), suivi d’un deuxième second bloc B-2 identique au premier ( ). Les blocs sont ensuite assemblés les uns sur les autres puis une première passe de soudure est réalisée afin d’assurer leur connexion.
Le flotteur ainsi assemblé par une soudure primaire est alors déplacé depuis la zone d’assemblage et de soudage primaire Z-3 vers une zone adjacente de soudage final Z-4 qui est distincte des autres zones Z-1 à Z-3. Ce déplacement est réalisé au moyen de véhicules de transport à roues multiples 16 ou par ripage ( ).
Au niveau de cette zone de soudage final Z-4, les différents blocs constitutifs du flotteur subissent une nouvelle passe de soudure ( ) à l’aide d’outils de travail spécifiques (non représentés).
En parallèle de cette étape de soudage final, d’autres blocs B-1, B-2 constitutifs d’un autre flotteur sont amenés sur la zone d’assemblage et de soudage primaire Z-3 laissée libre.
Au cours de l’étape suivante ( ), le flotteur ainsi assemblé et dont les blocs constitutifs ont été soudés entre eux est transporté (par des véhicules de transport à roues multiples ou par ripage) vers une autre zone d’achèvement Z-5 qui est distincte des autres zones de la surface de production tout en étant adjacente à la zone de soudage final Z-4.
Cette étape d’achèvement du flotteur consiste à finaliser le flotteur par une inspection finale des soudures, la mise en place de revêtements anticorrosion sur les zones soudées, l’installation et le retrait de divers équipements sur le flotteur, la fermeture définitive des différents accès, etc.
En parallèle de cette étape d’achèvement, le flotteur assemblé en zone d’assemblage et de soudage primaire Z-3 est transporté vers la zone de soudage final Z-4 laissée libre, tandis que d’autres blocs B-1, B-2 constitutifs d’un autre flotteur sont amenés sur la zone d’assemblage et de soudage primaire Z-3 également laissée libre.
De façon avantageuse, si l’étape d’achèvement révèle que le flotteur présente des défauts de fabrication, cette étape peut être suivie d’une étape de mise en retrait et de réparation du flotteur.
Cette étape de mise en retrait et de réparation est réalisée au niveau d’une zone tampon Z-6 de la surface de production qui est distincte des autres zones Z-1 à Z-5 et qui est adjacente à la zone d’achèvement Z-5 ( ).
Par exemple, de façon avantageuse, les zones d’assemblage et de soudage primaire Z-3, de soudage final Z-4 et d’achèvement Z-5 sont localisées longitudinalement les unes derrière les autres entre les deux zones de stockage Z-1, Z-2 avec la zone d’achèvement Z-5 localisée à proximité immédiate du quai de chargement 12 de la surface de production. Avec une telle configuration spatiale, la zone tampon Z-6 est avantageusement localisée le long de l’un des bords latéraux de la surface de production 10 (à savoir le bord latéral 18a sur l’exemple illustré par la ) et à proximité immédiate du quai de chargement 12.
On notera que des zones tampons pourraient également être aménagées à côté de la zone d’assemblage et de soudage primaire Z-3 et/ou de la zone de soudage final Z-4, ces zones tampons servant à mettre à l’écart le flotteur en cours de construction si des défauts d’assemblage sont repérés afin de les réparer sans pour autant ralentir la cadence de fabrication des flotteurs.
Comme représenté par la (et la en perspective), une barge de transport 20 est amarrée au quai de chargement 12 de la surface de production. Le flotteur 2 localisé en zone d’achèvement Z-5 est alors chargé sur la barge de transport par des moyens de transport (par ripage ou par levage et roulage à l’aide de plateaux multi-roues). Alternativement, le flotteur pourrait être mis à l’eau par ripage sur un plan incliné.
Sur la , le flotteur 2 qui est chargé sur la barge de transport 20 a libéré la zone d’achèvement Z-5. Si le flotteur 2’ qui est localisé en zone tampon Z-6 a été réparé, il peut être acheminé vers cette zone d’achèvement Z-5 laissée libre. Si les réparations n’ont pas été achevées sur ce flotteur 2’, c’est alors le flotteur situé en zone de soudage final Z-4 qui est transporté en zone d’achèvement Z-5 (avec le déplacement des autres flotteurs en amont de la chaîne de fabrication).
A la suite du chargement du flotteur 2 sur la barge de transport 20, il peut être envisagé une étape supplémentaire d’intégration sur le flotteur d’un mât et d’une turbine d’éolienne (non représentés sur les figures).
On notera que les blocs de flotteurs et les flotteurs en cours de fabrication sont déplacés entre les différentes zones de la surface de construction par des véhicules de transport à roues multiples ou par ripage, c’est-à-dire principalement en suivant des mouvements de translation. En particulier, le procédé selon l’invention ne met en œuvre aucune opération de levage des blocs ou des flotteurs en cours de fabrication.
On notera également que les différentes étapes du procédé de production sont avantageusement monitorées en temps réel, par exemple à l’aide de caméras de vidéosurveillance et de scanners.
On notera encore que le procédé de production selon l’invention peut avantageusement comprendre en outre la mise en place d’une traçabilité des blocs de flotteurs et des différents équipements utilisés pour la fabrication des flotteurs.
Claims (12)
- Procédé de production en série de flotteurs (2) pour éoliennes offshore constitués chacun par l’assemblage d’au moins deux blocs unitaires (B-1, B-2) différents de flotteurs, le procédé comprenant successivement :
- l’acheminement et le stockage sur différentes zones de stockage (Z-1, Z-2) d’une surface de production (10) munie d’un quai de chargement (12) d’une pluralité de blocs (B-1, B-2) différents de flotteurs, les mêmes blocs de flotteurs étant stockés sur une même zone de stockage de la surface de production ; et
- la fabrication à la chaîne de flotteurs comprenant successivement pour, chaque flotteur, une étape de préparation des blocs au niveau de leur zone de stockage, une étape d’assemblage et de soudage primaire des blocs de flotteur entre eux au niveau d’une zone d’assemblage et de soudage primaire (Z-3) de la surface de production distincte des zones de stockage et adjacente à celles-ci, suivie d’une étape de soudage final des blocs entre eux au niveau d’une zone de soudage final (Z-4) de la surface de production distincte des autres zones de la surface de production, suivie d’une étape d’achèvement du flotteur au niveau d’une zone d’achèvement (Z-5) de la surface de production distincte des autres zones de la surface de production ;
- les blocs de flotteurs et les flotteurs en cours de fabrication étant déplacés sur la surface de production entre les différentes zones de celle-ci principalement selon des mouvements de translation.
- Procédé selon la revendication 1, dans lequel la fabrication à la chaîne de flotteurs comprenant en outre le chargement du flotteur achevé sur une barge de transport (20) amarrée au quai de chargement (12) par des moyens de transports ou par une mise à l’eau par ripage sur un plan incliné du flotteur achevé.
- Procédé selon la revendication 2, comprenant en outre, à la suite du chargement du flotteur sur la barge de transport, l’intégration sur le flotteur d’un mât et d’une turbine d’éolienne.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’étape d’acheminement des blocs différents de flotteurs sur les zones de stockage de la surface de production est réalisée au moyen de navires de transport (14).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’étape d’achèvement des flotteurs est suivie d’une étape de mise en retrait et de réparation d’un flotteur ayant été identifié comme présentant des défauts de fabrication, cette étape de mise en retrait et de réparation étant réalisée au niveau d’une zone tampon (Z-6) de la surface de production distincte des autres zones de la surface de production et adjacente à la zone d’achèvement (Z-5).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les zones d’assemblage et de soudage primaire (Z-3), de soudage final (Z-4) et d’achèvement (Z-5) sont localisées entre deux zones latérales de stockage (Z-1, Z-2) de la surface de production.
- Procédé selon la revendication 5, dans lequel les zones d’assemblage et de soudage primaire, de soudage final et d’achèvement sont espacées longitudinalement les unes des autres, la zone d’achèvement (Z-5) étant adjacente au quai de chargement (12) de la surface de production.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les blocs de flotteurs et les flotteurs en cours de fabrication sont déplacés entre les différentes zones (Z-1 à Z-6) de la surface de construction par des véhicules de transport à roues multiples (16) ou par ripage.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les différentes étapes du procédé de production sont monitorées.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre la mise en place d’une traçabilité des blocs de flotteurs et des différents équipements utilisés pour la fabrication des flotteurs.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel chaque flotteur (2) comprend quatre colonnes dont une colonne centrale (4) destinée à recevoir un mât d’éolienne et trois colonnes extérieures (6) qui sont raccordées à la colonne centrale par des pontons inférieurs (8).
- Procédé selon la revendication 11, dans lequel chaque flotteur (2) est formé par l’assemblage de trois blocs : un premier bloc (B-1) comprenant la colonne centrale (4), une colonne extérieure (6) et un ponton inférieur (8), et deux seconds blocs (B-2) identiques comprenant chacun une colonne extérieure (6) et un ponton inférieur (8).
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