Brevet FR2951507A1 — publié le 20110422

La présente invention est un dispositif d'utilisation d'énergie hydraulique avec de l'eau considérée comme perdue par les industriels et les particuliers. Celle-ci est réutilisée pour produire une énergie électrique renouvelable et durable. C'est une transformation d'énergie hydraulique en énergie électrique puis un branchement sur une batterie, un raccordement au réseau eDF ou autre. Cette récupération énergétique se fait à l'aide d'hydroliennes installées dans des canalisations naturelles ou artificielles. Elles sont placées à l'aval d'un barrage, à la sortie d'un puits de rejet d'une centrale de production thermique, d'une bâche ou citerne. Actuellement, aucune étude n'est réalisée sur cette perte d'énergie hydraulique qui est 10 considérable. L'utilisation de l'énergie potentielle des eaux usées dans les canalisations est inexistante à part pour le jardin dans de rare cas. De même l'énergie qui sort d'une canalisation est inutilisée. La variation de la vitesse en mètre par seconde (m/s) donne une variation de puissance cinétique 15 très importante. La vitesse dans la formule de BERNOULLI est au cube (v) Ces vitesses sont prévisibles dans le cadre d'un barrage au fil de l'eau, dans le puits de rejet lorsque la centrale électrique fonctionne à une production d'électricité. Ces prévisions sont un avantage pour la gestion du réseau électrique du pays. 20 Cas généraux Dans presque tous les pays, l'habitude des HOMMES est la même. L'eau sert pour les ablutions journalières. L'utilisation de l'eau sert à des moments plus ou moins précis de la journée durant l'année. Ce qui représente pour les pays développés une consommation journalière pour les Français de soixante-dix litres (701) par jour et par personne. Les industriels utilisateurs d'eau 25 comme les centrales nucléaires, au charbon au fioul et d'autres consomment d'énorme quantité d'eau. Les centrales thermiques pompent l'eau et la restitue presque à l'identique dans le milieu naturel. Pour les habitations et les installations industrielles l'eau ne fait que transiter, elle est ensuite dirigée vers les égouts dans la majorité des cas. Dans les canalisations qu'elle guide, l'eau n'est 30 pas du tout utilisée à de rare exception pour la culture des jardins ou de surfaces plus grandes. Or l'eau est une énergie renouvelable pas chère car elle est déjà utilisée et pour certains payées par les abonnés. La quantité d'eau, la pente, le tracé des canalisations (coude, siphon, ligne droite horizontale et/ou verticale, etc.) va déterminer la puissance énergétique et l'eau laminaire juste avant de faire tourner les pales de l'hydrolienne. L'hydrolienne, en fonction des différentes 35 techniques de fabrication ou de milieu d'utilisation, elle fournira une tension alternative ou continue. La tension continue sera redressée pour être mise sur le réseau électrique. La tension alternative peut être de deux sortes : par une tension monophasée de deux cent trente volts (230V) ou par une tension alternative triphasée de quatre cent volts (400V. Dans ce cas, la tension ira à un transformateur pour la rendre conforme au réseau monophasé du pays. Ou, elle sera directement injectée sur le réseau triphasé du pays. Pour les grandes installations industrielles, les tensions seront en moyennes tensions et transformées Haute Tension (HT) ou en Très Haute Tension (THT.) Pour la France la tension sera de vingt kilovolts (20 KV) deux cent vingt cinq kilo volts (225KV) ou de quatre cent kilovolts (400KV). 10 Production d'électricité La vitesse de rotation des pales pour développer une puissance cinétique dépend du diamètre des pales ainsi que de la vitesse d'écoulement de l'eau. La vitesse est fonction de la chute d'eau, de la pente où l'eau s'écoule. Pour les puits de rejet l'écoulement dépend de la puissance des pompes de refoulement. Dans le théorème d'EULER, il y a conservation de l'énergie en fonction 15 des différents diamètres qui modifient les différentes vitesses d'écoulement. Ainsi en fonction des installations on pourra installer des trains d'hydroliennes les unes derrière les autres. Cas des particuliers Les personnes qui ont des sanitaires, un évier ou lavabo reçoivent de l'eau d'une société de 20 distribution d'eau potable. Cette énergie est payée par le client, mais pas du tonte rentabilisée. Pour centaines habitations en selon la situation géographique du pavillon ainsi que l'équipement utilisant de l'eau de produire de l'électricité. Cette production d'électricité est faisable par l'installation d'une hydrolienne ou d'une série d'hydroliennes installées dans la canalisation d'évacuation des eaux usées. Une série d'hydrolienne mise les unes derrières les autres n'est 25 possible que s'il y ait une pente et la possibilité d'installer des bâches de volume d'eau. (1/26) (2/26) Fonctionnement Les différentes eaux arrivent dans une citerne (3/26) (4/26) (5/26)rigide dans un matériau 30 compatible. Cette citerne doit pouvoir recevoir les eaux claires ainsi que les eaux usées. Elle est composée de deux sondes de niveau. Un est pour le niveau haut, l'autre pour le niveau bas. Le niveau haut va commander l'ouverture de la vanne éclectique ou de l'électrovanne. Le niveau bas va fermer l'ouverture de la citerne. La citerne pourra recevoir un dispositif pour prétraiter les eaux usées. Cette possibilité n'est que la conséquence de la législation actuelle ou future. Elle ne 35 sert à rien dans la production d'électricité. Après la vanne (6/26) (7/26), la tuyauterie forme un venturi, où dans la partie la plus étroite se trouve les pales de l'hydrolienne (8/26) (9/26). A l'arrivée de l'eau les pales tournent et entraîne l'alternateur de l'hydrolienne. L'électricité produite est évacuée sur le réseau. En fonction des habitations une deuxième, troisième hydrolienne sera installée dans la continuité de l'installation d'évacuation des eaux. Ensuite l'eau poursuivra son chemin vers les égouts, un système d'épandage ou vers une autre citerne. Cas des immeubles d'habitations Que ce soit un immeuble, un ensemble d'immeuble ou des pavillons, le mode vie est semblable. 10 Les habitants étant plus nombreux que dans une maison, la quantité d'eau est plus importante. La citerne sera plus importante que pour une maison particulière. La tuyauterie étant de diamètre supérieur, l'installation prendra en compte ces nouvelles dimensions. Les immeubles n'ont pas été conçus pour recevoir ce type de matériels. Si une citerne rigide ne peut pas être installée. La nouvelle structure sera d'une citerne souple à laquelle on adjoint une armature pour la rendre 15 rigide. Cas des lotissements plats Les quartiers plats ne possèdent pas la hauteur d'eau nécessaire pour turbiner. L'écoulement d'eau se fait par gravitation et donc n'a pas la puissance requise pour produire de l'électricité 20 avec des hydroliennes. Cas des conduites forcées. Il y a une possibilité d'installer des hydroliennes en série dans la conduite dans le cas ou l'eau va de haut en bas. L'inverse est peut être possible si l'hydrolienne à deux sens de fonctionnement. 25 Le raccordement se fait à l'usine hydraulique de la conduite forcée. Cas des barrages au fil de l'eau. Sur le Rhône et le Rhin des barrages dit « au fil de l'eau » sont installés depuis une trentaine d'années. Sur le Rhône, elles appartiennent actuellement à 49,9% à la Compagnie Nationale du 30 Rhône (CNR), le reste à l'état français via notamment la Caisse des Dépôts et de Consignation. Ces barrages sont de basses chutes d'environ dix mètres (10m), mais possèdent un fort débit. Ainsi pour produire vingt-cinq mégawatts (25MW), il faut trois cent quatre vingt mètres cubes par seconde (385m3/s). Les hydroliennes fonctionnent avec la vitesse du courant. Pour accélérer la vitesse du débit, il suffit simplement d (installer un mur pour fabriquer un venturi. Comme la 35 quantité d'eau est la même, le rétrécissement le canal de sortie (25/26) (26/26), fera augmenter la hauteur d'eau tout au long du mur. De plus, le mur protègera les hydroliennes lorsque le déversoir s'ouvrira pour laisser passer les troncs d'arbres lors des crues ou du dégrillage. La concession est longue de deux cent mètres à l'aval, ce qui pourra être la longueur maximale du mur du venturi. Tant que le barrage produit, les hydroliennes produisent en fonction du nombre de groupes en service. Lors de certaines maintenances, un groupe est batardé, et la quantité d'eau baisse. Sur un barrage les groupes de production sont sur une même ligne Dans le cas des hydroliennes implantés dans le venturi, les hydroliennes sont les unes derrières les autres en quinconce pour éviter le maximum de turbulence. Ce système est reproductible sur d'autres fleuves. 10 Barrage de navigation Dans certains cours d'eau comme sur l'Oise, des barrages sont construit pour la navigation. On peut faire le même principe que pour les barrages au fil de l'eau. Comme il y a une petite hauteur d'eau, on installe un venturi à l'aval pour y placer un certain nombre d'hydroliennes les unes 15 derrières les autres en quinconce ou autre forme. Pour une protection contre l'arrivée des arbres et autres éléments qui risquent d'abîmer les hydroliennes. Il faudra équiper à l'amont du barrage une barrière qui laisse passer l'eau mais qui dévie les éléments flottants. Hydroliennes dans des cours d'eau. 20 Des petits cours d'eau sillonnent les montagnes. Ils traversent quelques hameaux, villages. Il est possible d'installer un ensemble de venturi-hydrolienne dans le cours d'eau. A l'amont eu venturi, une barrière en forme de pointe est installée pour éviter une intrusion d'éléments qui abîmeraient les pales. Sa forme en pointe permet de faire glisser les éléments indésirables le long du ce l'ensemble venturi-hydrolienne. (25/26) (26/26). L'ensemble est constitué d'un venturi à 25 l'amont. La partie réduite se trouve à la hauteur des pales. Ces dernières sont couplées à l'alternateur. A la partie aval du système, on peut placer une ou plusieurs hydroliennes les unes derrières les autres. Il alimenterait une maison ou que quelques bâtiments. L'avantage, tant qu'il y a de l'eau, l'alimentation électrique est constante. 30 Réseau de production électrique dans les villes et villages En fonction de la situation de la commune, si elle est sur un plan horizontal ou si elle est située sur un coteau. Un ensemble de tuyauteries et de citerne seront placés à des endroits qu'il convient le mieux pour la production d'électricité. Les tuyauteries sont enterrées. La partie démontable doit être accessible pour isoler l'installation (12/26) (13/26) en amont et en ava, une 35 poignée pourra être installée. (10/26) (11/26)1 Le système est le même que pour un logement. La 29.51507 5 récupération des eaux viendra de différents lieux (14/26) (15/26) (16/26) (17/26. Ceci est reproductible jusqu'à la station d'épuration Cas des puits de rejet. Pour le refroidissement des centrales thermique, il faut une très grande quantité d'eau. Cette eau refroidie est rejetée dans son milieu naturel pour les centrales dépourvues d'aéroréfrigérants. Le débit et la vitesse de l'eau sont importants quand elle rejoint le fleuve ou la mer. Pour une centrale de production thermique à flamme de sept cent mégawatts (700MW) la vitesse est de dix sept mètre par seconde (17m/s Pour les centrales nucléaires du bord de la mer de mille trois cent mégawatts (1300MW), la vitesse d'écoulement est d'environ vingt et un mètres par seconde (21m/s) ; pour les centrales de rivières, le rejet est encore plus important : vingt huit mètres par seconde (28m/s (Référence : Centrales nucléaires EDF de 1300MW. Electricité de France. Direction de l'équipement Février 1991. Les rejets sont à axe vertical suivi d'un diffuseur en sortie terminale. Pour une production forte, il faut modifier le débouché de l'axe vertical en axe horizontal sur une certaine longueur. Dans la nouvelle canalisation (18/26) (19/26) (20/26) (21/26) (22/26) (23/26) (24/26) les hydroliennes sont installées les unes derrières les autres de façon espacée. L'espacement est assez suffisant pour que les turbulences deviennent laminaires. Des venturis ou épaulements sont installés pour avoir la même vitesse d'écoulement; dix mètres par seconde (10m/s Cette vitesse est la vitesse maximale admise pour turbiner une hydroliennes. La technologie évoluant, la vitesse d'écoulement admise pourra être supérieure. 30 35 REVENDICATIONS1. Préambule Ces ensembles sont complémentaires. Ils font partie d'un même concept mais dans des lieux différents. C'est la nature de l'eau perdue et inutilisée qui décidera du type d'hydrolienne à installer avec son ensemble. 1) Caractérise l'utilisation d'hydroliennes dans des canalisations artificielles et naturelles de toutes tailles en tout lieu. Elles sont intégrées dans une installation d'une canalisation existante. Il peut y avoir plusieurs hydroliennes les unes derrières les autres en fonction de la nature du 10 terrain où repose les canalisations.. 2) Caractérise des hydroliennes à l'aval des barrages notamment dit « au fil de l'eau. Réutilisation d'une énergie hydraulique déjà utilisée et qui est encore disponible, La construction d'un mur est primordial pour avoir un effet venturi. 3) Caractérise des hydroliennes en sortie de puits de rejet. Réutilisation d'une eau qui est rejetée dans son milieu naturel : rivière, fleuve, mer. Ceci est pour les installations de production thermique d' électricité. 20 4) Caractérise les habitations d'un logement, des industriels, des administrations deviennent des producteurs d'électricité directement ou indirectement avec l'eau déjà payée et/ ou avec de l'eau récupérée. Malheureusement tous les logements ne pourront pas produire de l'électricité. Ceci est dû par la situation géographique et le modèle de maison. 25 5) Caractérise la mise en place d'un ensemble venturi-hydrolienne dans un cours d'eau pour alimenter un lieu d'habitation et/ou de travail, etc. Cet ensemble repose sur le fond de rivière, là où le courant est le plus fort et en même temps ne gêne pas pour d'autres activités. Celles-ci sont plutôt réservé dans les campagnes et les massifs montagneux. 30 15 35