Brevet FR2765920A1 — publié le 19990115

La présente invention concerne une centrale marémotrice à accumulation par pompage, à plusieurs modules, sans pertuis, qui exploite à la fois une énergie obtenue par accumulation par pompage et une énergie de marée, ainsi qu'un procédé de construction de cette centrale, au niveau d'une baie de marée, capable de permettre une production d'énergie marémotrice. Jusqu'à présent, une usine marémotrice fonctionnait avec un seul bassin disposé par exemple au niveau d'une baie, comme dans le projet "Severn Barrage Project" du Royaume Uni (General Report, Energy Paper N 57, Dept of Energy, Londres: Her Majesty's Stationary Office, 1989); et, dans l'état actuel de la technique, on connaît une usine marémotrice à accumulation par pompage qui utilise deux bassins disposés au niveau d'une baie, comme décrit, par exemple, dans la demande de brevet du Royaume Uni N 2.145.165 A. Dans le premier cas, on construit le bassin pour la production d'énergie en fermant un site de marée, par exemple une baie, une crique, ou analogue, au niveau de ses deux rives, à l'aide d'un barrage (31 sur les figures 1 et 3). Quand la construction d'un bassin de plus grande capacité est envisagée au fur et à mesure des progrès dans le secteur de la construction, il est nécessaire de construire un nouveau barrage plus grand (32 sur les figures 1 et 3), à l'extérieur du barrage précédent (31), ce qui signifie que le barrage précédent devient inutile. Ce fait entraînait un retard dans la prise de décision sur la construction ou non d'une usine marémotrice. Un autre problème réside dans le fait que la production annuelle d'énergie d'une usine marémotrice est proportionnelle à l'aire d'un bassin multipliée par le carré de l'amplitude moyenne des marées, et même si l'on agrandit la taille du bassin, I'amplitude moyenne des marées à l'emplacement du barrage est plus petite, ce qui aboutit au fait que la production d'énergie n'est pas si augmentée que cela par rapport à l'agrandissement du bassin. Un autre problème encore réside dans le fait que la puissance maximale des turbines est déterminée par une amplitude maximale des marées apparaissant lors des marées de vive-eau, mais que la puissance des turbines au moment d'une marée de morte-eau est réduite à environ 1/4 de la puissance maximale. Encore un autre problème réside dans le fait que la manoeuvre des pertuis est fastidieuse. Par exemple, en mode de production à marée descendante, la manoeuvre est répétée deux fois par jour, les pertuis étant alors ouverts pour faire entrer la marée montante dans le bassin chaque fois qu'une étape de production d'énergie est terminée, et les pertuis étant fermés juste avant que la marée descendante ne commence. Les pertuis sont non seulement pénibles à manoeuvrer, mais réduisent également l'amplitude moyenne des marées et font diminuer l'énergie produite, car les pertuis sont fermés rapidement, alors que le niveau de l'eau dans le bassin n'a pas été élevé à son maximum, lorsque la marée descendante commence. De plus, le coût de construction des pertuis est plus élevé que celui des barrages et, par conséquent, il est souhaitable de se passer de pertuis. Afin d'éviter les problèmes mentionnés ci-dessus, la présente invention s'est fixée pour but de mettre à disposition une centrale marémotrice à accumulation par pompage, à plusieurs modules, sans pertuis. Pour ce faire, selon l'invention, on sépare une baie, depuis son embouchure jusqu'à son fond, en deux ou trois zones de passage d'eau, I'une d'entre elles étant utilisée en tant que zone de passage de l'onde de marée, et l'autre étant utilisée pour des bassins sans pertuis servant à la production d'énergie. On construit chacun des bassins en le fermant à l'aide d'un barrage qui s'étend le long de la zone de passage de l'onde de marée, et d'un barrage qui s'étend à angle droit par rapport à la zone de passage de l'onde de marée, et en installant, sur le premier barrage, un caisson muni d'une turbopompe, de façon à ce qu'il se trouve face à la zone de passage de l'onde de marée. Une moitié des bassins est destinée au mode de production d'énergie à marée descendante, et l'autre moitié des bassins est destinée au mode de production d'énergie à marée montante. En conséquence, la présente invention vise à mettre à disposition une centrale marémotrice à accumulation par pompage, à plusieurs modules, qui maintient l'amplitude naturelle des marées, par le fait de construire un module marémoteur pour un mode production à marée descendante et à bassin unique, et ensuite un module marémoteur pour un mode de production à marée montante et à bassin unique, pendant que le module marémoteur précédent est en exploitation, et vice et versa, et donc de construire des modules marémoteurs l'un après l'autre, en succession, pour finalement réaliser complètement la centrale marémotrice à accumulation par pompage, a plusieurs modules, constituée d'une pluralité de modules marémoteurs, et atteindre une énergie marémotrice maximale. Selon un aspect, la présente invention a pour objet un procédé de construction d'une centrale marémotrice à accumulation par pompage, à plusieurs modules, qui comprend les étapes consistant à séparer, en au moins deux zones de passage d'eau, une baie capable de permettre une production d'énergie marémotrice, I'une de ces zones étant une zone de passage de l'onde de marée, qui s'étend depuis l'embouchure jusqu'au fond de la baie, et l'autre étant un espace pour au moins une série de bassins servant à la production d'énergie, maintenant l'amplitude naturelle des marées; à entourer chacun des bassins de barrages, à la fois du côté de la zone de passage de l'onde de marée et sur les côtés mutuellement adjacents; et à installer, du côté de la zone de passage de l'onde de marée, un caisson contenant une turbopompe, les bassins étant regroupés en au moins un bassin fonctionnant en mode de production à marée descendante et à bassin unique, et au moins un bassin fonctionnant en mode de production à marée montante et à bassin unique. Selon un autre aspect de la présente invention, il est mis à disposition une centrale marémotrice à accumulation par pompage, qui comprend au moins un bassin pour un mode de production à marée descendante et à bassin unique, et au moins un bassin pour un mode de production à marée montante et à bassin unique, installés au voisinage immédiat l'un de l'autre, de façon à faire face à une zone de passage de l'onde de marée d'une baie de marée, centrale dans laquelle les bassins sont exploités la nuit, d'une manière telle que le niveau d'eau du premier bassin cité soit élevé jusqu'à un niveau spécifié, supérieur au niveau maximal en marée de vive-eau, par l'utilisation de l'énergie électrique du réseau en tarif de nuit, ce qui maximise la charge hydraulique des turbines, et que le niveau d'eau du dernier bassin cité soit abaissé jusqu'à un niveau spécifié, inférieur au niveau de référence, par l'utilisation de l'énergie électrique du réseau en tarif de nuit, ce qui maximise la charge hydraulique des turbines, tandis que la journée, les deux bassins réalisent une production d'énergie marémotrice à accumulation par pompage, en utilisant les charges hydrauliques à un rendement de % ou plus, grâce à quoi il est possible de produire de l'énergie en continu, à la puissance maximale de chaque turbine, pendant 11 ou 12 heures. Dans un mode de réalisation préféré, la baie est séparée en deux ou trois zones de passage d'eau. La première zone de passage d'eau (dans le cas de deux zones de passage d'eau) ou la zone de passage d'eau centrale (dans le cas de trois zones de passage d'eau) est utilisée en tant que zone de passage de l'onde de marée, destinée à maintenir l'amplitude naturelle des marées. Le reste des zones de passage d'eau est utilisé pour une pluralité de modules marémoteurs ayant chacun une production relativement faible (par exemple, de l'ordre d'un million de kW). Lors de la séparation de la baie en zones de passage d'eau, tout d'abord, par exemple, le fond de la baie est appliqué à un bassin, qui, pour sa part, est entouré par des barrages et un caisson muni d'une turbopompe, pour la construction d'un module marémoteur. Puis, un bassin suivant est construit de manière analogue, pour former un module marémoteur suivant, pendant que le premier module marémoteur est en fonctionnement. En fin de compte, la séparation en zones de passage d'eau est terminée, et l'on réalise ainsi une centrale marémotrice à accumulation par pompage, à plusieurs modules. Plus précisément, une turbopompe est montée à l'intérieur du caisson et est installée de manière à faire face à la zone de passage de l'onde de marée, sa conduite électrique ayant une entrée et une sortie raccordées au réseau électrique terrestre. Lorsque le niveau d'eau de la zone de passage de l'onde de marée devient supérieur au niveau moyen de la mer, le niveau d'eau dans le bassin est élevé par pompage jusqu'à un niveau maximal spécifié (par exemple, un niveau maximal en marée de vive-eau), que la marée soit une marée de vive- eau ou une marée de morte-eau, ceci en utilisant l'énergie électrique de nuit et sans utiliser de pertuis. De jour, un fonctionnement classique pour la production d'énergie à marée descendante est possible à une puissance maximale, même en marée de morte-eau. Ceci s'appelle un module de production d'énergie à accumulation par pompage à marée descendante et à bassin unique. Ensuite, on construit un module de production d'énergie à accumulation par pompage à marée montante et à bassin unique. Une turbopompe est installée en une position plus profonde que le module de production d'énergie à marée descendante, puisque le niveau d'eau dans le bassin est utilisé à un niveau inférieur au niveau moyen de la mer. Le module de production d'énergie à marée descendante et le module de production d'énergie à marée montante ne sont pas nécessairement installés au voisinage immédiat l'un de l'autre, et leurs positions relatives peuvent être choisies comme on le souhaite. Le module de production d'énergie à accumulation par pompage à marée montante est exploité de telle sorte que, lorsque le niveau de la zone de passage de l'onde de marée devient inférieur au niveau moyen de la mer, on abaisse le niveau du bassin jusqu'à une limite spécifiée, qui est inférieure au niveau de référence, en faisant fonctionner la pompe avec l'énergie électrique du réseau en tarif de nuit. Le degré d'abaissement dépend de la profondeur à laquelle la turbopompe est placée et, par conséquent, la turbopompe est disposée le plus profondément possible (30 mètres ou moins, au- dessous du niveau moyen de la mer). En combinant le bassin du module de production d'énergie à accumulation par pompage à marée descendante, appelé "réservoir supérieur", et le bassin du module de production d'énergie à accumulation par pompage à marée montante, appelé "réservoir inférieur", il est possible de produire, de jour, une énergie électrique en maintenant chaque fois une puissance maximale, de manière continue pendant 11 à 12 heures. Ici, on fait en sorte que le niveau d'eau du réservoir supérieur et celui *du réservoir inférieur soient, respectivement, suffisamment plus haut et plus bas que le niveau naturel des marées, par un pompage de nuit, de telle sorte que les charges hydrauliques dues aux turbines soient plus grandes que les charges hydrauliques naturelles, ce qui aboutit à une augmentation de l'amplitude moyenne artificielle des marées, et, en conséquence, on peut atteindre un rendement de production de 100 % ou plus. La combinaison de la portion d'énergie marémotrice de jour (kWh) à la portion d'énergie due à l'accumulation par pompage permet d'obtenir une production annuelle (kWh) égale à environ deux fois l'énergie de nuit achetée (kWh). Une raison de l'amélioration du rendement de production réside dans le fait que les pompes sont exploitées sous une plus petite charge hydraulique (par exemple, lorsque l'on abaisse de nuit le niveau d'eau du réservoir inférieur, I'eau est évacuée du 1is réservoir vers la mer à l'aide de la pompe qui se trouve à un niveau inférieur au niveau moyen de la mer, en tirant avantage du fait que, plus la charge hydraulique de la pompe est petite, plus le débit pour une même puissance d'entrée est grand). Dans le module de production d'énergie à marée descendante, lorsque le niveau d'eau de la zone de passage de l'onde de marée devient supérieur à celui du réservoir supérieur, la nuit, quand les pompes ne sont pas utilisées, les arbres rotatifs des turbines sont mis en rotation libre, au lieu d'utiliser des pertuis, pour faciliter la réintroduction de l'eau de mer dans le réservoir supérieur, ce qui permet de réduire l'énergie de nuit achetée. Les modes de réalisation préférés de la présente invention vont maintenant être décrits plus en détails, mais uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en plan schématique d'une usine marémotrice à accumulation par pompage, à plusieurs modules, installée au niveau d'une baie de marée; la figure 2 est une vue en coupe transversale de l'usine de la figure 1, prise le long de la ligne 1-11 de la figure 1, qui montre la relation entre la profondeur de la baie et la profondeur d'installation des turbopompes, et les limites supérieure et inférieure des niveaux d'eau de chaque bassin, respectivement en mode de production d'énergie par accumulation par pompage à marée descendante et en mode de production d'énergie par accumulation par pompage à marée montante; et la figure 3 est une vue en coupe transversale prise le long de la ligne II1-111, montrant la pente de l'amplitude moyenne des marées, depuis l'embouchure jusqu'au fond de la baie. En référence à la figure 1, une baie A jouant le rôle d'un site o0 marémoteur fait face à l'océan B et s'étend entre une embouchure A1-A2 et un fond A3 de la baie. L'amplitude moyenne des marées (la différence entre la marée descendante et la marée montante, des marées de vive-eau jusqu'aux marées de morte-eau) augmente progressivement de l'embouchure vers le fond de la baie A, suivant une pente, allant de 34-35 sur la figure 3, par rapport à une ligne horizontale de référence 33. La baie A est séparée en une zone de passage de l'onde de marée 1, qui s'étend du côté de la rive de la baie qui va de A1 à A3, et une zone de passage d'eau 2, qui s'étend du côté de la rive de la baie qui va de A2 à A3, zone de passage d'eau dans laquelle plusieurs bassins 4 à 9 servant à la production d'énergie sont destinés à être construits en succession, de façon à former finalement une centrale marémotrice à accumulation par pompage 3, à plusieurs modules. Ici, les bassins 4, 8, 9 sont utilisés pour le mode de production d'énergie à marée descendante, et les bassins 5, 6, 7 sont utilisés pour le mode de production d'énergie à marée montante. Chaque bassin est fermé par des barrages 11 et par la rive de la baie allant de A2 à A3, et le barrage 11 qui fait face à la zone de passage de l'onde de marée 1 possède un caisson 12 muni d'une turbopompe 13. Dans un exemple d'une baie A tel que représenté sur la figure 2, le fond marin de la baie (en pointillés) est peu profond à proximité de l'embouchure de la baie et plus profond au milieu de la baie, comme on peut le voir en A4. Un endroit profond de la baie, qui a une profondeur de 30 mètres ou plus par rapport au niveau moyen de la mer, ne convient pas pour la production d'énergie marémotrice, et il est avantageusement utilisé en tant que zone de passage de l'onde de marée. La raison en est que le coût de construction des barrages est proportionnel au carré de la profondeur. En tenant compte du fait qu'un endroit profond d'une baie ne se trouve pas toujours au centre, il est préférable de réaliser une zone de passage de l'onde de marée 1 la plus étroite possible, en reliant les endroits les plus profonds de la baie, ce qui permet d'allouer une plus grande aire aux bassins. En mode de production d'énergie à marée montante, il est o10 souhaitable que les turbopompes 13 des bassins 5, 6, 7 soient installées à une position 25 plus profonde, à l'intérieur des 30 mètres en dessous du niveau moyen de la mer, comme on le voit sur la figure 2, et ainsi, il est possible de construire des modules de production d'énergie à marée montante en série, pour autant que l'on is conserve finalement un équilibre, dans la puissance produite (kW), entre les modes de production d'énergie à marée descendante et à marée montante. On va maintenant expliquer le fonctionnement de la centrale marémotrice à accumulation par pompage de l'invention, au moyen d'un exemple d'un réservoir supérieur (par exemple 4) et d'un réservoir inférieur (par exemple 5). Dans le module de production d'énergie à marée descendante, le niveau d'eau du bassin 4 est, la nuit, élevé jusqu'à un niveau maximal spécifié 22 (par exemple, Z mètres au dessus du niveau moyen de la mer 21) par une opération de pompage, que l'on soit en marée de vive-eau ou en marée de morte-eau, tandis que le jour, de l'énergie est produite pour engendrer une puissance de turbine (kW) telle, que le niveau d'eau du bassin 4 puisse passer de 22 à 21. Dans le module de production d'énergie à marée montante, le niveau d'eau du bassin 5 est abaissé, la nuit, jusqu'à un niveau d'eau minimal spécifié 23 (par exemple, 2 x Z mètres en dessous du niveau moyen de la mer 21) par une action de pompage, que l'on soit en marée de vive-eau ou en marée de morte-eau, tandis que le jour, de l'énergie est produite pour engendrer une puissance de turbine (kW) telle, que le niveau d'eau du bassin 5 puisse passer de 23 à 21. Ici, le numéro de référence 24 désigne la. profondeur de référence, qui est une profondeur (Z mètres) à partir du niveau moyen de la mer 21, à un niveau d'eau minimal en marée de vive-eau. Telle que décrite ci-dessus, l'invention présente les avantages suivants: 1. Même quand plusieurs modules marémoteurs à accumulation par pompage sont construits en série, le fait de prévoir la zone de passage de l'onde de marée s'étendant de l'embouchure jusqu'au fond d'une baie permet de conserver une amplitude de marée naturelle. En conséquence, il est possible de construire de nombreuses usines marémotrices à accumulation par pompage, de taille relativement petite, ce qui aboutit au fait que l'on peut extraire une énergie maximale du site marémoteur. 2. Les bassins 4 à 9 forment chacun une usine marémotrice à accumulation par pompage indépendante, constituée d'un réservoir (appelé ici réservoir supérieur ou réservoir inférieur) destiné à produire de l'énergie par accumulation par pompage, en liaison avec l'océan (zone de passage de l'onde de marée 1). Tout en faisant fonctionner une usine marémotrice après sa construction, il est possible d'entreprendre la construction de l'usine marémotrice suivante, en construisant ainsi les usines marémotrices l'une après l'autre, et, par conséquent, il devient possible de planifier la construction sur le long terme. De ce fait, il est possible de tenir largement les budgets annuels. 3. En tirant avantage du fait que l'énergie électrique du réseau est peu chère la nuit, le niveau d'eau des réservoirs supérieurs est élevé jusqu'à une limite maximale spécifiée pour le mode de production à marée descendante, et le niveau d'eau des réservoirs inférieurs est abaissé jusqu'à une limite minimale spécifiée pour le mode de production à marée montante, que la marée soit une marée de vive-eau ou une marée de morte-eau. En conséquence, il est possible de produire de l'énergie tous les jours, de jour, pendant 11 à 12 heures, avec chaque fois une puissance délivrée maximale, en profitant de la différence de 6,2 heures entre la phase de production à marée descendante et la phase de production à marée montante (un cycle de marée est de 12,4 heures); 4. Puisque l'amplitude naturelle des marées est amplifiée par le fonctionnement des pompes la nuit, le rendement de la portion de production d'énergie par accumulation par pompage est supérieur à 100 %, même si le rendement mécanique est estimé être de 70 %, étant donné que l'énergie produite (kWh) est proportionnelle au carré de l'amplitude moyenne des marées. De plus, on obtient une portion d'énergie produite de jour par production d'énergie marémotrice. L'énergie produite globale obtenue à partir d'un bassin est donc égale à environ 2 fois celle d'une usine marémotrice de la technique antérieure, à un seul bassin, ce qui contribue à réduire le coût de construction par kWh. 5. Aucun pertuis n'est utilisé, excepté pour des écluses destinées aux bateaux, ce qui réduit le coût de construction. Même lorsqu'un pertuis est nécessaire, les turbopompes joueront ce rôle simplement par la mise de leurs arbres rotatifs en rotation libre, puisque leurs conduits jouent le rôle d'un pertuis du type à venturi. Bien entendu, I'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir de la portée de l'invention. l1 REVENDICATIONS 1. Procédé de construction d'une centrale marémotrice à accumulation par pompage (3), à plusieurs modules, exploitant une énergie de marée et une énergie obtenue par accumulation par pompage, au niveau d'une baie (A) capable de permettre une production d'énergie marémotrice, tout en maintenant l'amplitude de marée naturelle des marées, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à séparer la baie en une zone de passage de l'onde de marée (1), qui s'étend depuis l'embouchure jusqu'au fond de la baie, et au moins une zone de passage d'eau (2), qui s'étend le long de la zone de passage de l'onde de marée d'un côté et d'au moins une rive de la baie de l'autre côté; et à construire une série de bassins (4, 5, 6, 7, 8, 9, etc.) pour la production d'énergie marémotrice par accumulation par pompage dans la zone de passage d'eau (2), lesdits bassins étant disposés au voisinage immédiat les uns des autres et étant fermés chacun par des barrages (11), disposés à la fois du côté de la zone de passage de l'onde de marée et sur les côtés mutuellement adjacents, et munis chacun, du côté de la zone de passage de l'onde de marée, d'un caisson (12) comportant une turbopompe (13). 2. Procédé de construction d'une centrale marémotrice à accumulation par pompage, à plusieurs modules, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bassins (4, 5, 6, 7, 8, 9, etc.) sont utilisés pour des modes de production d'énergie marémotrice mutuellement inverses, I'un constituant au moins un premier bassin (4, 8, 9, etc.) pour un mode de production d'énergie à marée descendante et à bassin unique et l'autre constituant au moins un second bassin (5, 6, 7, etc.) pour un mode de production d'énergie à marée montante et à bassin unique. 3. Procédé de construction d'une centrale marémotrice à accumulation par pompage, à plusieurs modules, selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la zone de passage de l'onde de marée (1) est disposée en une position intermédiaire entre deux zones de passage d'eau, dont l'une s'étend le long d'une rive (A1-A3) de la baie et dont l'autre s'étend le long de l'autre rive (A2- A3) de la baie. 4. Procédé de construction d'une centrale marémotrice à accumulation par pompage, à plusieurs modules, selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que, après que l'un ou lI'autre des premier et second bassins a été construit en premier dans la zone de passage d'eau, on construit ultérieurement l'autre bassin pendant que le bassin précédent est en exploitation, en construisant ainsi les bassins l'un après l'autre, de telle sorte que la centrale marémotrice à accumulation par pompage, à plusieurs modules, peut être exploitée plus tôt, même à l'aide d'un seul bassin, et est enfin finalement complétée pour être exploitée à une puissance maximale. 5. Centrale marémotrice à accumulation par pompage, à plusieurs modules, caractérisée en ce qu'elle comprend des premiers bassins (4, 8, 9, etc.), comportant chacun une turbopompe (13) et fonctionnant chacun en mode de production à marée descendante et à bassin unique, et des seconds bassins (5, 6, 7, etc.), comportant chacun une turbopompe (13) et fonctionnant chacun en mode de production à marée montante et à bassin unique, lesdits premiers bassins et lesdits seconds bassins étant installés dans une baie de marée (A), capable de permettre une production d'énergie marémotrice, au niveau de sa zone de passage d'eau (2), en regard d'une zone de passage de l'onde de marée (1) s'étendant depuis une embouchure (A1-A2) jusqu'à un fond (A3) de la baie, de façon à être adjacents l'un à l'autre, les turbopompes (13) des premiers et seconds bassins étant exploités, la nuit, par utilisation de l'énergie électrique du réseau en tarif de nuit, pour élever le niveau d'eau (21) des premiers bassins jusqu'à une limite supérieure (22) en marée de vive- eau, et pour abaisser le niveau d'eau (21) des seconds bassins jusqu'à une limite inférieure (24), ce qui augmente la charge hydraulique des turbines; et pour produire, le jour, de l'énergie marémotrice, à une puissance maximale des turbines, par exploitation des charges hydrauliques augmentées, de sorte qu'il est possible d'avoir une production d'énergie à un rendement de 100 % ou plus, de manière continue, pendant 11 à 12 heures. 6. Centrale marémotrice à accumulation par pompage, à plusieurs modules, selon la revendication 5, caractérisée en ce que la somme annuelle de l'énergie produite par l'accumulation par pompage et de l'énergie produite par l'exploitation des marées est égale à environ deux fois l'énergie du réseau électrique, importée de nuit.