Brevet FR3011885A1 — publié le 20150417

La présente invention se rapporte au domaine de la production d'électricité hydroélectrique à l'aide de petites unités de production. En France, on considère généralement comme petite unité de production celle qui a une puissance fournie inférieure ou égale à 12 Mégawatts. 15 De telles unités hydroélectriques sont généralement installées « au fil de l'eau ». Les centrales au fil de l'eau ne disposent pas de réservoir amont de dimension suffisante pour permettre le stockage d'eau pendant des durées de quelques heures voire davantage. Ainsi, les centrales au fil de l'eau ne peuvent pas stocker d'énergie, sous forme d'énergie potentielle d'eau en amont. Il 20 n'est pas non plus possible de moduler la production d'énergie en fonction des besoins du réseau électrique pour ce type de centrale. Dans un nombre de cas limité, il existe des petites centrales hydroélectriques dotées d'un réservoir amont de taille suffisamment grande pour stocker de 25 l'eau. Ces centrales hydroélectriques dites de pointe permettent de moduler la production d'énergie en fonction des besoins du réseau électrique. Ce nombre de centrales est limité à certains sites spécifiques. Par ailleurs, l'énergie produite par les centrales hydroélectriques au fil de l'eau 30 a un coût relativement moins élevé que celle produite par les unités de production d'énergie flexibles utilisant d'autres technologies pour la production, généralement thermiques, telles que les centrales de production d'énergie fonctionnant au fioul ou avec d'autres combustibles hydrocarbures, les centrales nucléaires étant exclues eu égard à leur faible flexibilité de production. Lorsque la demande électrique augmente rapidement, notamment aux heures de pointe de consommation, il est nécessaire de faire varier la production d'énergie dans des proportions égales, et la régulation se fait alors en augmentant la production d'énergie des centrales dites flexibles. Il est aussi possible dans ce cas de faire appel à la production d'énergie des centrales hydroélectriques gravitaires de pointe, mais leur capacité de production est trop limitée sur le territoire et il n'est pas possible de compenser les besoins du réseau avec les seuls moyens de production hydroélectriques. Ainsi, pour réguler la production électrique à la hausse et répondre rapidement aux besoins du réseau, on ne peut pas faire appel à la production de l'énergie la moins chère, ce qui est en quelque sorte incohérent. L'invention a pour but de proposer un dispositif qui permette de mieux réguler la production électrique, et, de préférence, permette de réserver la production d'une électricité relativement peu coûteuse et d'origine renouvelable aux pics de demande, plutôt qu'à la production courante ou aux périodes de faible demande. Selon l'invention, un tel dispositif pour réguler la production électrique, notamment hydroélectrique, notamment d'une centrale au fil de l'eau, est comprend un conteneur contenant : - des moyens de stockage d'énergie ; - des moyens de transformation de l'énergie électrique produite par un générateur de la centrale en vue de son stockage dans les moyens de stockage ; - des moyens de transformation de l'énergie stockée dans les moyens de stockage en vue de sa restitution sur un réseau électrique ; De préférence, les moyens de stockage sont des batteries électriques, de préférence d'un type Lithium-ion, plomb-acide ou à circulation (en anglais : redox flow), car ces technologies présentent à l'heure actuelle les meilleurs compromis cout/stockage/rendement. En outre, le ou les conteneur(s) est (sont) avantageusement d'un type utilisé pour le transport intermodal, de préférence à la norme 1SO, de 20 pieds (6,058 mètres) ou 40 pieds (12,998 mètres) de long, de préférence équipés de système de contention d'une pollution éventuelle. Dans le cas où ceux-ci ne peuvent être inclus dans le précédent container, les systèmes auxiliaires d'électronique de puissance nécessaires au fonctionnement peuvent être installés dans un container contigu, de préférence de mêmes dimensions. De préférence, un tel dispositif comprend des moyens de contrôle et de commande capables de réaliser une gestion ou un pilotage autonome. Ces moyens peuvent comprendre des moyens pour communiquer, de préférence sans fil, avec un centre d'optimisation et d'ajustement de la production distant. Ils peuvent en outre comprendre des moyens pour limiter la puissance d'une énergie fournie au réseau par la centrale à une puissance maximale (Pmax) prédéfinie. Pour le cas où le dispositif selon l'invention est installé dans un site soumis à des risques de crue, ce dispositif peut être, en plus, équipé de moyens de flottaison comprenant notamment une coque étanche, un câble souple et un système d'ancrage, ce qui permet notamment de maintenir les moyens de stockage hors d'eau en toute condition. Pour ce cas où le dispositif selon l'invention est installé dans un site soumis à des risques de crue, ce dispositif peut alternativement être installé sur une structure porteuse constituée de piliers ancrés et d'une plateforme sommitale - 4- qui permet de maintenir les moyens de stockage hors d'eau pour le niveau de crue maximum définit lors de la conception. L'invention porte aussi sur une centrale de production électrique, notamment une centrale hydroélectrique, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif selon l'invention. La figure unique illustre schématiquement une centrale hydraulique selon l'invention, et son fonctionnement. La figure illustre une centrale hydraulique 1 au fil de l'eau. Cette centrale comprend une turbine 2 montée entre l'amont 3M et l'aval 3V d'un cours d'eau 3. La turbine 2 comprend un générateur 4 prévu pour délivrer de l'énergie électrique ER sur un réseau 6 de distribution de cette énergie. La turbine et le générateur électrique sont montés au travers d'un barrage 7 dont le but est de forcer l'eau à passer dans la turbine 2 et d'activer le générateur ; ce barrage ne permet pas de constituer une retenue permettant de stocker de l'eau en cas de faible demande électrique ni de réguler le débit du cours d'eau. Notamment, les berges 8 du cours d'eau 3 ayant un niveau N8 peu élevé relativement au niveau NM de l'eau à l'amont 3M, elles ne permettent pas de constituer naturellement une telle retenue ; il n'est pas non plus possible d'augmenter le niveau du barrage, par exemple en réalisant des digues, sans impacter l'environnement. Ainsi, l'eau s'écoule en permanence au travers de la turbine 2, et la turbine est en mesure de produire en permanence de l'électricité EP, pourvu que le débit du cours d'eau le permette. Afin de permettre une meilleure régulation de l'énergie ER délivrée au réseau 6, la centrale 1 comprend en outre des moyens de stockage 9 de tout ou partie E2 de l'énergie EP produite par la turbine 2. Dans l'exemple illustré, les moyens de stockage comprennent un conteneur 11 de type maritime ISO, de pieds (6,058 mètres) ou 40 pieds (12,998 mètres), disposé sur une berge 8 du cours d'eau, à proximité de la turbine 2 et du générateur 4. Ce conteneur 11 contient un ensemble 12 de batteries électriques conçu : - D'une part pour y stocker, dans la mesure de sa capacité, la part E2 de l'énergie EP produite par le générateur 4 et qui excède la demande du réseau 6 ; et, - D'autre part pour restituer tout ou partie E3 de l'énergie qui y est stockée, en complément de l'énergie EP produite par le générateur 4, lorsque le demande est forte. Ainsi, on a généralement : - ER = El + E3 ; et, - EP = El + E2 avec, lors des périodes de faible demande, et dans la mesure de la capacité de l'ensemble de batteries : - ER = 0 ; et, - E2 = EP Et lors de périodes de forte demande : - ER = EP + E3 ; et, - E2 = 0. De préférence, les batteries 12 sont du type Lithium-ion, plomb-acide ou à circulation (en anglais : redox flow). Plusieurs conteneurs 11 peuvent être utilisés, selon la capacité de stockage souhaitée. Chaque conteneur comprend notamment des moyens de transformation 13 pour l'électricité E2 reçue ou de l'électricité restituée E3, de sorte que le branchement des moyens de stockage 9 ne nécessite pas d'autre opération que l'amenée et le branchement de câbles 16 appropriés à des bornes prévues 14 à cette effet sur le conteneur 11.30 - 6- Cette modularité, la facilité et d'installation et de transport d'un conteneur 11, permet d'installer de tels moyens de stockage sur une petite centrale hydroélectrique, nouvelle ou existante. Dans l'exemple illustré, les moyens de stockage 9 comprennent aussi des moyens de contrôle et de commande 17 reliés, dans cet exemple sans fil, à un Centre 18 d'Optimisation, de Dispatching et d'Ajustement de la Production (CODAP), distant. Le centre 18 permet un pilotage à distance de la centrale et de sa production, en l'adaptant à la fois aux capacités du réseau 6 et/ou aux besoins locaux, tout en pouvant accorder une autonomie partielle. De préférence ces moyens de contrôle 17 sont prévus pour limiter la puissance P, délivrée au réseau 6 par la centrale 1, à une puissance Pmax prédéfinie. Les moyens de stockage sont conçus pour restituer une énergie sous forme de courant électrique alternatif compatible avec les standards du réseau et, de préférence, permettent d'intégrer des fonctionnalités n'existants pas dans les moyens de production conventionnels, tels que la régulation fine des fréquences et des tensions, et le redressement des déphasages. Les moyens de stockage peuvent aussi permettre un démarrage de la centrale ou l'activation de certains de ses auxiliaires, par ses propres moyens, sans besoin de connexion au réseau. Cette fonctionnalité permet entre outre de pallier à des modes de fonctionnement dégradés consécutifs à des ruptures de lignes électriques lors d'incidents majeurs. Dans un mode de fonctionnement particulier, les moyens de stockage peuvent permettre un fonctionnement de la centrale en pilotage avec certains consommateurs seulement, par exemple le village le plus proche. Cette fonctionnalité permet d'assurer la fourniture en électricité des zones isolées à proximité de la centrale, comme cela peut être le cas dans certains massifs - 7- montagneux, lors d'incidents météorologiques. Ce mode de fonctionnement ne serait pas possible sans le système de stockage car il ne serait possible d'adapter la production et la consommation de l'ilot par les seuls moyens de la centrale. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. Ainsi, les moyens de stockage peuvent être d'un autre type qu'électrique. L'énergie produite en excès peut par exemple être stockées sous forme mécanique, par exemple dans des moyens élastiques, par exemple un ressort de grande capacité, ou encore, dans un poids, s'élevant ou s'abaissant selon que de l'énergie potentielle est stockée ou restituée. Des moyens de stockage selon l'invention sont particulièrement adaptés aux petites centrales hydroélectriques au fil de l'eau, notamment du fait de leur modularité, leur faible encombrement et leur faible impact sur l'environnement, puisque l'installation de ces moyens de stockage ne modifie pas le comportement hydrologique du cours d'eau. Au contraire de ce qui a été précédemment décrit, la constitution d'un réservoir pour l'eau en amont de la centrale qui permettrait, dans une certaine mesure de rendre la production de la centrale hydroélectrique plus flexible, n'est pas toujours techniquement réalisable, et nécessiterait dans tous les cas de gros travaux de terrassement et/ou de maçonnerie, et romprait la continuité écologique et sédimentaire, entre l'amont et l'aval de la centrale. REVENDICATIONS1. Dispositif (9) pour réguler la production électrique d'une centrale (1), notamment d'une centrale hydroélectrique, caractérisé en ce qu'il comprend un conteneur (11) contenant : des moyens (9) de stockage d'énergie ; des moyens de transformation (13) de l'énergie électrique (E2) produite par un générateur (4) de ladite centrale (1) en vue de son stockage dans les moyens de stockage (9) ; des moyens de transformation (13) de l'énergie stockée dans les moyens de stockage (9) en vue de sa restitution (E3) sur un réseau électrique (6). 2. Dispositif de régulation (9) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de stockage sont des batteries électriques, de préférence d'un type Lithium-ion, plomb-acide ou à circulation ("redox flow"). 3. Dispositif de régulation (9) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le conteneur (11) est d'un type utilisé pour le transport 20 intermodale, de préférence un conteneur maritime à la norme ISO, de 20 pieds (6,058 mètres) ou 40 pieds (12,998 mètres) de long. 4. Dispositif de régulation (9) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (17) de contrôle et de 25 commande. 5. Dispositif de régulation (9) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de contrôle et de commande (17) comprennent des moyens pour communiquer, de préférence sans fil, avec un centre d'optimisation et 30 d'ajustement de la production (18) distant.- 9- 6. Dispositif de régulation (9) selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les moyens de contrôle et de commande (17) comprennent des moyens pour limiter la puissance (P) d'une énergie (ER) fournie au réseau par la centrale (1) à une puissance maximale (Pmax) prédéfinie. 7. Dispositif de régulation (9) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de flottaison comprenant de préférence une coque étanche, un câble souple et un système d'ancrage. 8. Centrale de production électrique, notamment centrale hydroélectrique (1), caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif de régulation (9) selon l'une des revendications précédentes.10