Brevet FR3081019A1 — publié le 20191115

SYSTEME MIXTE DE TRAITEMENT ET PRODUCTION D'EAU ET DE PRODUCTION D'ELECTRICITE Domaine de l'invention La présente invention concerne un système mixte de traitement et de production d'eau et de production d'électricité c'est-à-dire un système adapté selon les conditions atmosphériques et les besoins à produire de l'eau filtrée et/ou de l'électricité. Arrière plan technologique Un système complexe combiné de génération d'énergie et d'eau est décrit dans le document CN106058921 A. Brève description de l'invention Au vu de cet art antérieur, la présente invention propose principalement un système mixte de traitement et de production d'eau et de production d'électricité comprenant des panneaux solaires, une ou plusieurs éoliennes avec leurs convertisseurs de tension, une unité de filtration et de pompage d'eau et une réserve d'eau, une batterie de stockage d'électricité et son contrôleur de charge/décharge; un dispositif pilotable de conversion de tension d'alimentation, alimentant l'unité de filtration et de pompage d'eau et relié de manière bidirectionnelle à la batterie et à un réseau électrique extérieur, le système comportant un dispositif de gestion électronique raccordé au système de conversion de tension, au contrôleur de charge/décharge de la batterie et à l'unité de filtration et qui procède à la gestion du stockage d'électricité, à la gestion de la production d'électricité au travers du système de conversion de tension et à la gestion de la production d'eau selon un programme de gestion du système 2 adaptant la production d'eau et d'électricité selon les conditions atmosphériques et selon un ratio capacité de stockage d'eau sur besoins. Avantageusement, le programme de gestion du dispositif de gestion électronique comporte des tables horaires de moyennes de besoins en 5 eau/conditions atmosphériques, ledit dispositif de gestion, comportant des moyens de commande de l'unité de filtration et de pompage, de commande du système de conversion et de commande du contrôleur de charge/décharge, pilote le programme en tenant compte desdites tables horaires. Préférablement, le dispositif de gestion électronique est raccordé à une 10 sonde de mesure de niveau de la réserve d'eau, le programme de gestion étant adapté à rendre prioritaire le remplissage de la réserve en cas de baisse du niveau de la réserve sous un seuil déterminé. Selon un mode de réalisation particulier, le programme de gestion est adapté à rendre prioritaire le renvoi d'électricité sur le réseau et couper le 15 pompage au cas où le niveau maximal de la réserve est atteint. Selon un mode de réalisation particulier, l'unité de filtration et de pompage comporte une cartouche de filtration membranaire par microfiltration ou ultrafiltration et/ou Osmose Inverse. Avantageusement, le dispositif de gestion électronique est alimenté sur un 20 circuit batterie du dispositif de conversion de tension. Avantageusement, le système de l'invention comporte un dispositif de chauffage de l'eau à traiter placé avant l'unité de filtration comportant un circuit de récupération de chaleur des panneaux solaires. Les panneaux solaires, la batterie et la réserve d'eau sont préférablement 25 dimensionnés pour assurer une réserve d'une demi-journée à cinq journées de consommation moyenne en l'absence de recharge de la batterie. Avantageusement, le système est tel que D*(Cp+Ct)*5 Ces tables de données fournies à titre d'exemple en fin du présent texte sous forme de tableaux sont issues de mesure sur un site de Saint Denis de Pile en Gironde, France. Les tables représentées sont relatives à une installation dont les valeurs mini/maxi de stockage d'énergie sont de 2kWh/9,5kWh et les valeurs mini/maxi de 30 stockage d'eau sont de 6m3/30m3. Les tables 301a, 301b sont un exemple associé à une utilisation eau potable qui donne les priorités entre le traitement de l'eau, le pompage de l'eau, le stockage électrique et le renvoi d'électricité sur le réseau ainsi que l'affectation de 5 l'énergie éolienne le cas échéant dans le cas d'un ensoleillement fort sur une journée. Les tables 302a, 302b correspondent à la répartition en cas d'ensoleillement moyen et les tables 303a, 303b dans le cas d'un ensoleillement 5 faible toujours pour de l'eau potable. Les tables 401A et 401 B sont données à titre d'exemple pour une utilisation industrielle en discontinu avec un ensoleillement fort et les figures 402a et 402b pour une utilisation industrielle en discontinu avec un ensoleillement faible. Des tables de même type peuvent être calculées de la même manière pour 10 une utilisation d'eau industrielle en fonctionnement continu c'est-à-dire avec un besoin en eau constant dans la journée. Le dispositif de gestion électronique est programmé avec les tables correspondant à l'usage du système et au lieu de production. A partir de ces tables et des conditions de fonctionnement instantanées du 15 système, le dispositif de gestion commande le fonctionnement de l'unité de filtration et de pompage, du système de conversion et du contrôleur de charge/décharge par des liaisons de type informatique telles que représentées. L'ensemble des organes du système peuvent aussi être reliés au travers d'un réseau informatique local. 20 Pour la gestion instantanée, le dispositif de gestion électronique est selon l'exemple aussi raccordé à une sonde de mesure 107 de niveau de la réserve d'eau 14, le programme de gestion étant adapté à rendre prioritaire le remplissage de la réserve en cas de baisse du niveau de la réserve sous un seuil déterminé. A contrario, le programme de gestion peut aussi rendre prioritaire le renvoi 25 d'électricité sur le réseau Rz et couper le pompage au cas où le niveau maximal de la réserve est atteint. L'unité de filtration et de pompage 13 comporte des modules de filtration par ultrafiltration, Osmose inverse ou tout autre moyen de filtration. Elle peut comporter des moyens supplémentaires de stérilisation par apport de chlore 30 notamment et/ou une unité de désalinisation Le circuit électrique basse tension 101 selon la figure 1 relie le dispositif de conversion de tension 17, le convertisseur 12 de l'éolienne, les batteries 15 au travers de leur contrôleur décharge /décharge 16 et le dispositif de gestion 6 électronique qui est alimenté sur le circuit batterie 101 du dispositif de conversion de tension 17. La figure 2 représente un perfectionnement pour lequel le système comporte un dispositif de chauffage 26 de l'eau à traiter avant l'unité de filtration 5 par un circuit 22, 23, 24, 25 de récupération de chaleur des panneaux solaires. En effet, il peut être intéressant de réchauffer l'eau avant l'unité de filtration par ultafiltrationet/ou d'osmose inverse pour en accroître son rendement. Pour ce faire, un circuit d'eau 21, 23 primaire, par exemple un circuit rebouclé comporte des tubulures 22 sous les panneaux solaires 10 qui récupèrent la chaleur 10 emmagasinée dans ces panneaux. Avantageusement, la récupération de cette chaleur va permettre en outre d'abaisser la température des panneaux solaires et améliorer leur rendement (de 5 à 15%) Un premier échangeur de chaleur 24 transfère la chaleur dans un circuit secondaire 25 pourvu d'un second échangeur de chaleur 26, par exemple un 15 serpentin, au niveau de la tubulure d'arrivée de l'unité de pompage et de filtration 13. Ces circuits d'eau sont par exemple mis en circulation par des pompes non représentées. Un fonctionnement correct de l'installation est obtenu avec des panneaux 20 solaires 10, une batterie 15 et une réserve d'eau 14 dimensionnés pour assurer une réserve d'une demi-journée de consommation moyenne en l'absence de recharge de la batterie. Pour un fonctionnement tel que l'on ait au global une capacité maximum d'autonomie de 5 jours et un mode de fonctionnement des batteries qui permet de 25 préserver leur durée de vie (on peut multiplier par au moins un facteur 3 la durée de vie de batterie Li-Ion en les faisant fonctionner dans une plage de 10 à 95% de leur capacité de charge décharge on dimensionne le système pour avoir: D*(Cp+Ct)*5 . Priorite stockai'. Er Non Non Oui Non Oui Non Oui Non Oui PriOritE Cui Oui Non Oui Non Oui Non Oui Non Stock 3.1. e3L Fr,r1,,, Pour, e Non Non Non Non Non Non Non Non Non - E Friori Non Non Non Non Non Non Non Non Non For- pb.i.. nc,:kaze Er Eolien sur stockage En Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Surplus Réseau Non Oui Oui Oui Non Non Non Oui Oui 20 25 Tableau 301b Ensoleillement max 2/2 3 3 3 3 3 3 8 Régiine Eau potable 16h30- 17h30 17h30- 18h30 18h30- 19h30 19h30- 2C i-' - - 21i- l0 21h30- 22h30 22h30- 23h30 23h30-- 0930 0h30- 8930 3;i- 1,5 2 2,7 2,7 2 1,5 1 0,07 0,05 arar-i-ie l-r,:ir 0,3855 0,514 0,6939 0'6939 0,514 0,3855 0,257 0,01799 0,012.85. Prie-rire trairao ePt Oui OU Oui Non Non Non Non Non Non F riorite steckaa En Non Oui Non Non Non Non Non Non Non Fric-rire Cui Non Oui Non Non Non Non Non Non S'..C.Ck3E .3i.. F riorire Fort-pae 5'..oc6age Eau Non Non Non Non Non Non Non Oui Oui Fo! i_-,, Non Non Non Non Non Non Non Non Non 5:ocb.za Er Eelien sur sr eciége En Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Surplus Réseau Oui Oui Non Non Non Non Non Non Non Tableau 302a Ensoleillement moyen IQ: A A r*- 111 A A Re inca Eau 6h30- 8h30 Ci-3.:. :.i-::. :.i-::. 2...., 3101-11-32 1-11-3.- 12h30 121-3: -13.!-3: 131-30- 141-5: 11-i-32-10-10 15330- 161130 potable r. 2,7 2 1 1,5 2,7 2,7 2,7 1,5 1,5 Besoin éner-;, '.39 0,6939 0,514 0,257 0,3855 6933 0,6939 0,6939 0,3855 0,1855 Prip - Non Non Gui Oui Gui Non Non Non Non tra,r- er t Prion,-, stoc r Po En Non Non Non Non Oui Non Non Non Non Prier -., Non Non Oui Oui Non Non Non Non Non Pr Oui Oui Non Non Non Non Non Oui Gui P.-..o s'Plir, En Prior, i=pr-i:Dp Non Non Non Non Non Oui Oui Non Non Ec.,oar i.r Oui Gui Oui Oui Gui Oui Oui Oui Oui ,Lapl..é.2.a En Surpii-e. Réseau Non Non Oui Oui Oui Non Non Non Non o Tableau 302b Ensoleillement moyen 2!2. 9 11 III Régime Eau potable 161)30- 17h30 17h30- 15h30 18h30- 19h30 19h30- 20h30 20h30- 21h30 21h30- 22h30 22h30- 23h30 23h30- 0h30 0h30- 5h30 -ii:32E r 31h 1,5 2 2,7 2,7 2 1,5 1 0,07 0,05 Eisoir erergie k'.,.-"l- :,3555 0,514 0,6939 0,5939 0,514 1-,355 0,257 »375S 0,01285. Pri.orie ,.. Oui Oui Non Non Non Non NC.1-, Non Friori,e stc:,-;', En Non Cui Non Non Non Non N-on Non Non ,ir - -a-L. jui Non Oui Non Non Non Non Non Non Fr- Non Non Non Non Non Non Non Non Non P o r -1...,, ssock.a.;_e En F riOi"i7e Po r- gage Non Non Non Non Non Non Non Oui Oui stcuk.age Eau Es-H-_, sur _us:,.ase En Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Reseau Oui Oui Oui Non Non Non Non Non Non Tableau 303e Ensoleillement négligeable 1i2: A A A A A A A A A Régine Eau potable 5h35- Sh3C 1i31 - ci _ - : 111-2:: - 1 .1-23-- 13h31 13:-31 - Si-31 14131- 151-31 15-31- 15h30 -h-3,e r-3 2,7 2 1 1,5 2,7 2,7 2,7 1,5 1,5 ..!-..EUiE. k»-L!FllI 0,514 0,257 1,3555 0,5939 0,5939 0,3855 0,3855 Priori:e Oui Oui Cul Oui ri Oui Oui Oui Priori,.e stocka ge En Non Non Non Non Non Non Non Non Non Priori:e Stos.kage eau Non Non Non Non Non Non Non Non Non Priorise Poini:age Non Non Oui Oui Non Non Non Oui Oui 150C,.2.= In Prio,-,-, Pc--- .sa-su. -lui Oui Non Non Oui Oui Oui Non Non s' 7 5 EE.,_ E:-!.!- r Oui Oui Oui Oui Oui -Oui Oui Oui Oui F:oci i.s,E En Surplus RUe3i. Non Oui Oui Oui Non Non Non Oui Oui 10 Tableau 303b Ensoleillement négligeable 2/2; A A A A Régine Eau potable 1el-31 - 171-33 171130- 18h30 184330- IglIK 15h3: - 2h-31 20h30- 21.31 211- 221.3: 221.3:- 23h31 23h3:- 11 ' 1131- el.K. -irager-.3 11 1,5 2 2,7 1.7 2 1,5 , 125 - B..E.oll- 1,3855 0,514 1.0005 1.e.1:3-;- 0,514 0,3855 0,257 1.117h3 1285 ei-ergi. l:-,-%1- Friori-.e Oui Oui Oui Gui Oui Oui Oui Oui Gui >Ta I t8m er t FliC-rité ,"...:ci:a2E En Non Non Non Non Non Non Non Non Non PriohTE Sto-J.,e eau Non Non Non Non Non Non Non Non Non Priori, Ftluira= lui Non Non Non Non Gui Oui Oui Oui Po- - Non Oui Oui Gui Oui Non Non Non Non ..:-_:i5.1 Eau EC^iiEr ,_! lui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui E" E , Réseau 'Oui Oui Non Non Non Non Non Non Non 15 I Tableau 401a Ensoleillement max 1/2: R=ire Feu 51-3 3- 7h30 7h30-5h30 5h30- 9h33 91130- 10h30 10h30- 11h30 11h30- 12h30 12h30- 13h30 13h33- 14h33 14h30- 15h33 15h30- 161,33 11,dt:strie lie Discontinu -rira g e m1,1- 1,5 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 é5e'I55i1L 1,1555 0,5939 0,5939 0,5939 3,5939 0,5939 0,5939 11113 0,5939 0,5939 PH art= traits- = nt Gui Oui Gui - Gui Gui Gui Gui Oui Oui Pric-Me ,mckaE, Er - Oui - Gui - Oui - Gui - Oui Prion, S-oc-a= eu.: Oui - Oui - Oui - Oui - Oui - F,r.1_4e stockage Eau - - - - - - - - - - F ri orité Pompage stockage En - - - - - - - - - - Eolien sur stockage En Gui Gui Gui Oui Gui Gui Gui Gui Oui Oui Surplus Réseau Oui Non Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui 5 10 20 25 Tableau 401 b Ensoleillement max 2/2: ) ) III 11 11 P.égirne Eau 1.51-3: - 17h30- 18h30 18h30- 19h30 19h30- 20h30 20h30- 21h30 21h30- 22h30 22h30- 23h30 23h30- 0h30 0h30- 5h30 Industrielle 3 D is COnti OU 2,7 1,5 0,5 E..5oir : 5939 1F --. 0,3855 0,1285 tra,-.1 ' ,_.,.gi Oui - - - Priori' stockage Er - Oui - Oui - - F ...t. fui - Ot.gi - - - _ __5.3o. em. F, i Ur,tE - - - OUI flUi OUI Oui Oui F- iii. - - - - - - F :Dr p3g.. stock.a;-e Er 1,7 ^.1" Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui CI.,', Er SLroit F.eeat. Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Gui Gui Tebi eau 402a Ensoleillement na ineabEe 112: A A A A A A A A A A Féginle Eau b-- - 71-3.: 71-3-: -51-32 Eh30- 43 Cr32 i: r3: 1.:1-30- 11173.: i1i.-3.: - l2h3-: 12h30- 131-3: 131-3-: - 141-33 14h30- 1.5h30 151-3-: - Indus tiele Discontii,u -ira;e ,-- E- i- 1,5 2,7 2,7 2,7 2,7 , 2,7 177 2.7 , 2,7 ererpie k,!..1- 0,3955 0,6939 0,5939 :..E;3; 0.5939 0,303; 0,6939 1,5172 0,6939 ."..,E;:3; Pricri!Pé irai cament Oui Oui Gui Gui Gui Oui Oui 7311 Gui Oui Priorité stockage En - - - - - - - - - - Prior"é - - - - - - - - - - -:.-:.j5géeau :rité - _ _ Oui Gui _ _ _ Oui Oui .. c1-,ge En Priori:à Guil Gui Oui - - Oui Oui Oui - - F ,,-- page stockage E.au Eolier - Oui Oui OU Oui Oui Oui Oul Oui Oui OU Er nrgi,s Roseau Non Non Oui Gui Oui Non Non Non Oui Oui ) ) ) A A A A 12 Tableau 402b Ensoleillement néaligeable 2:2 F., Hie Eau I nni, stri,pe t30 - 17h30 17h30- 16h30 1E1)30- 19P30 19h30- 25h30 20h30 - 21h30 , Dh30- 6h30 Dis:ni-, ni. -ira.- 2,7 1,5 0,5 0 0 0 0 0 Besoin anergie k'l...1- :.,0339 0'6939 0,385.5 0,1265 0 0 0 0 0 Priorité traitement Oui Oui Oui Oui - - - - - Priorité stockage En - - - - - - - - - Priorité Stockage eau - - - - Oui Oui Oui Oui Oui Priorité Pompage stockage En Oui - - - Oui Oui Oui Oui Oui Priorité Pompage stockage Eau - Oui Oui Oui - - - - - Eolien sur stockage En Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Surplus Réseau Oui Oui Non Non Non Non r,les REVENDICATIONS1 - Système mixte de traitement et de production d'eau et de production d'électricité comprenant des panneaux solaires(10), une ou plusieurs éoliennes (11) avec leurs convertisseurs de tension (12), une unité de filtration et de pompage d'eau (13) et une réserve d'eau (14), une batterie (15) de stockage d'électricité et son contrôleur (16) de charge/décharge; un dispositif pilotable (17) de conversion de tension d'alimentation, alimentant l'unité de filtration et de pompage d'eau et relié de manière bidirectionnelle (101, 102) à la batterie et à un réseau électrique extérieur, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de gestion électronique (18) raccordé au système de conversion de tension, au contrôleur de charge/décharge de la batterie et à l'unité de filtration et qui procède à la gestion du stockage d'électricité, à la gestion de la production d'électricité au travers du système de conversion de tension et à la gestion de la production d'eau selon un programme de gestion du système adaptant la production d'eau et d'électricité selon les conditions atmosphériques et selon un ratio capacité de stockage d'eau sur besoins. 2 - Système mixte de traitement et de production d'eau et de production d'électricité selon la revendication 1 pour lequel le programme de gestion du dispositif de gestion électronique comporte des tables horaires (301a, 301b, 302a, 302b, 303a, 303c) de moyennes de besoins en eau/conditions atmosphériques, ledit dispositif de gestion, comportant des moyens de commande de l'unité de filtration et de pompage, de commande du système de conversion et et de commande du contrôleur de charge/décharge, pilote le programme en tenant compte desdites tables horaires. 3 - Système mixte de traitement et de production d'eau et de production d'électricité selon la revendication 1 ou 2 pour lequel le dispositif de gestion électronique est raccordé à une sonde de mesure (107) de niveau de la réserve d'eau (14), le programme de gestion étant adapté à rendre prioritaire le remplissage de la réserve en cas de baisse du niveau de la réserve sous un seuil déterminé. 14 4 - Système mixte de traitement et de production d'eau et de production d'électricité selon la revendication 3 pour lequel le programme de gestion est adapté à rendre prioritaire le renvoi d'électricité sur le réseau (Rz) et couper le pompage au cas où le niveau maximal de la réserve est atteint. 5 5 - Système mixte de traitement et de production d'eau et de production d'électricité selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel l'unité de pompage et de filtration (13) comporte des modules membranaires par microfiltration ou ultrafiltration et/ou Osmose Inverse. 6 - Système mixte de traitement et de production d'eau et de production 10 d'électricité selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel le dispositif de gestion électronique est alimenté sur le circuit batterie (101) du dispositif de conversion de tension (17). 7 - Système mixte de traitement et de production d'eau et de production d'électricité selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant un 15 dispositif de chauffage (26) de l'eau avant l'unité de filtration par un circuit (22, 23, 24, 25) de récupération de chaleur des panneaux solaires. 8 - Système mixte de traitement et de production d'eau et de production d'électricité selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel les panneaux solaires (10), la batterie (15) et la réserve d'eau (14) sont 20 dimensionnés pour assurer une réserve d'une demi-journée à cinq journées de consommation moyenne en l'absence de recharge de la batterie. 9 - Système mixte de traitement et de production d'eau et de production d'électricité selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour lequel D* (Cp+Ct)*5 10 - Système mixte de traitement et de production d'eau et de production d'électricité selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel, pour une consommation moyenne de 1 à 3m3/h, la réserve d'eau (14) contient de l'ordre de 30m3, la batterie (15) est une batterie adaptée à fournir de l'ordre de 5 10kWh d'énergie et l'unité de pompage et de filtration d'eau (13) est adaptée à traiter au moins 3m3/h d'eau. 11 - Système mixte de traitement et de production d'eau et de production d'électricité selon l'une quelconque des revendications précédentes adapté à produire de l'eau potable.