Brevet FR3138672A1 — publié le 20240209

TITRE DE L’INVENTION : CENTRALE HYDROÉLECTRIQUE La centrale hydroélectrique (10) comporte, dans une coque étanche (11) : - des volets (12, 13) d’avaloir (16), en amont, pour recevoir un flux d’eau d’un cours d’eau, - des canalisations internes amont (17) reliant cet avaloir à au moins une turbine génératrice (18) et - des canalisations internes aval (19) reliant chaque dite turbine à une sortie (20) en aval. Figure pour l’abrégé : Figure 1 CENTRALE HYDROÉLECTRIQUE Domaine technique de l’invention La présente invention vise une centrale hydroélectrique. Elle s’applique, en particulier, à la génération d’électricité sur une rivière, un fleuve ou un estuaire, sans barrage de retenue d’eau. État de la technique Les centrales hydroélectriques positionnées sur des rivières ou des fleuves comportent barrages de retenue d’eau qui assurent la présence d’une forte pression d’eau en regard de turbines génératrices. Ces centrales ont donc un fort impact sur l’environnement et provoquent l’immersion de vallées entières. De plus, pour les voies navigables, de tels barrages ne peuvent pas être installés. Les centrales marémotrices présentent un faible rendement et ne peuvent pas être déplacées d’une zone à une autre d’un cours d’eau. Présentation de l’invention La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. À cet effet, la présente invention vise, selon un premier aspect, une centrale hydroélectrique, qui comporte, dans une coque étanche : - des volets d’avaloir, en amont, pour recevoir un flux d’eau d’un cours d’eau, - des canalisations internes amont reliant cet avaloir à au moins une turbine génératrice et - des canalisations internes aval reliant chaque dite turbine à une sortie en aval. Grâce à ces dispositions : - l’avaloir en amont provoque une montée de l’eau et donc une augmentation de pression en entrée de chaque turbine, - la sortie de chaque canalisation interne aval provoque une aspiration de leur contenu vers l’aval et donc une augmentation de la pression différentielle entre l’entrée et la sortie de chaque turbine, - la puissance électrique délivrée par chaque turbine génératrice est donc augmentée. De plus, du fait que la centrale hydroélectrique comporte une coque étanche, elle peut être déplacée sur le cours d’eau ou d’un cours d’eau à un autre, par exemple en fonction des saisons, du débit du cours d’eau, de la largeur navigable du cours d’eau, de la vitesse et/ou du trafic sur le cours d’eau. Dans des modes de réalisation, les volets d’avaloir sont mobiles en rotation pour faire varier une embouchure de l’avaloir. Grâce à ces dispositions, l’embouchure de l’avaloir peut varier en fonction de la vitesse du cours d’eau en amont de la centrale, pour optimiser son rendement et la puissance électrique générée. Dans des modes de réalisation, chaque canalisation interne amont présente une embouchure amont en forme d’entonnoir. Ainsi, la pression en amont de chaque turbine génératrice est encore augmentée. Dans des modes de réalisation, au moins une grille configurée pour retenir les plus gros poissons et les plus gros déchets flottants ou immergés, est reliée aux volets. Grâce à ces dispositions, ces poissons et déchets ne pénètrent par dans la centrale hydroélectrique, ce qui risquerait d’endommager une turbine génératrice. Dans des modes de réalisation, la centrale hydroélectrique comporte, de plus, dans la coque, au moins une entrée d’eau inférieure et/ou latérale orientée vers l’amont entre les volets d’avaloir et chaque sortie de canalisation interne aval et, pour chaque entrée d’eau latérale, au moins une canalisation interne inférieure et/ou latérale reliant cette entrée d’eau à une canalisation interne amont ou à une canalisation interne aval. Grâce à ces dispositions, le flux d’eau provenant d’une entrée inférieure et/ou latérale peut entraîner l’eau entrant ou sortant de la turbine, pour augmenter la puissance électrique générée. Dans des modes de réalisation, sur chaque ensemble comportant une canalisation interne amont, une turbine et une canalisation interne aval est montée au moins une deuxième turbine génératrice en aval de la liaison d’une canalisation interne aval et d’une canalisation interne inférieure et/ou latérale. La centrale hydroélectrique peut ainsi avoir le double de turbines génératrices. Dans des modes de réalisation, la centrale hydroélectrique comporte des déflecteurs aval liés à la coque et positionnés autour de chaque sortie d’une canalisation interne aval. Grâce à ces dispositions, le niveau de l’eau en sortie de chaque canalisation interne aval est abaissé par l’effet d’écartement du flux d’eau entourant la coque, en partie arrière de la coque. Dans des modes de réalisation, la centrale hydroélectrique comporte des supports verticaux munis, dans leur partie basse, de pieds ou de pieux configurés pour supporter la centrale, et des moyens de déplacement vertical de ces supports par rapport à la coque. Grâce à ces dispositions, la centrale peut être déplacée verticalement par exemple pour suivre l’évolution du niveau de l’eau à la surface du cours d’eau. Dans des modes de réalisation, la centrale hydroélectrique comporte des ballasts au-dessus du niveau de chaque turbine génératrice. Grâce à ces dispositions, les turbines génératrices peuvent être en fond de coque, et les lests peuvent être retirés avec une simple grue. Dans des modes de réalisation, la centrale hydroélectrique comporte, pour chaque turbine génératrice, une vanne de coupure de flux d’eau traversant cette turbine. En fermant une telle vanne, on évite la rotation trop rapide de chaque turbine lorsque la centrale ne fournit pas d’électricité à un réseau de fourniture d’électricité. Brève description des figures D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier de la centrale hydroélectrique objet de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : représente, schématiquement, selon une coupe horizontale B-B repérée en figures 2 et 3, un premier mode de réalisation particulier d’une centrale hydroélectrique objet de l’invention, représente, schématiquement, selon une coupe verticale A-A repérée en , la centrale hydroélectrique représentée en , représente, schématiquement selon une vue de face, la centrale hydroélectrique représentée en figures 1 et 2, représente, schématiquement selon une vue arrière, la centrale hydroélectrique représentée en figures 1 à 3, représente, schématiquement, selon une vue en coupe horizontale C-C repérée en , un deuxième mode de réalisation particulier d’une centrale hydroélectrique objet de l’invention, représente, schématiquement selon une vue de face, la centrale hydroélectrique représentée en , représente, schématiquement selon une vue arrière, la centrale hydroélectrique représentée en figures 5 et 6, et représente, sous forme d’un logigramme, des étapes de mise en œuvre de la centrale hydroélectrique objet de l’invention. La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation. On note, dès à présent, que les figures ne sont pas à l’échelle. Dans toute la description, on appelle « haut » ou « supérieur », ce qui est en à gauche dans la à 4, 6 et 7 (ou en haut dans ces figures quand les flèches B sont verticales et descendantes), qui correspondent à la configuration de fonctionnement de la centrale hydroélectrique installée sur un cours d’eau. On appelle « bas » ou « inférieur », ce qui est à droite dans ces figures. La hauteur du dispositif est définie de bas en haut sur ces figures. On appelle « amont » ou « avant », ce qui est en haut dans les figures 1, 2 et 5, et « aval » ou « arrière » ce qui est en bas dans ces figures. Le flux du cours d’eau va de l’amont vers l’aval, comme indiqué par la flèche 15. On appelle « latéral » ou « côté », ce qui est à droite ou à gauche dans les figures 1 et 5, c’est-à-dire éloigné du plan de symétrie de la coque 11. On appelle « droit » ce qui est à droite dans les figures 1 et 5 et « gauche » ce qui est à gauche dans ces figures. Ainsi, un observateur debout sur la centrale hydroélectrique et regardant vers l’amont voit les éléments droits à sa droite, ou à tribord, et les éléments gauches à sa gauche, ou à bâbord. On observe, en figures 1 et 2, une centrale hydroélectrique 10 qui comporte, dans une coque étanche 11 : - des volets latéraux 12 et 13 et un volet inférieur 14 d’un avaloir 16, en amont, pour recevoir un flux d’eau d’un cours d’eau, - des canalisations internes amont 17 reliant cet avaloir 16 à au moins une turbine génératrice 18, et - des canalisations internes aval 19 reliant chaque turbine 18 à une sortie 20 en aval. Dans les deux modes de réalisation représentés dans les figures, la centrale hydroélectrique 10 ou 50 comporte huit turbines génératrices 18, huit canalisations internes amont 17 et huit canalisations internes aval 19. Dans d’autres modes de réalisation (non représentés), le nombre de turbines, de canalisations internes amont et de canalisations internes aval est égal à un ou toute valeur supérieure à un. Dans la centrale hydroélectrique 10, les volets d’avaloir 12, 13 et 14 sont mobiles en rotation pour faire varier une embouchure de l’avaloir 16. Préférentiellement, des actionneurs 21, par exemple à vérin ou à moteur électrique, provoquent la rotation de ces volets 12, 13 et 14 autour d’axes verticaux fixes par rapport à la coque 11. Dans la centrale hydroélectrique 10, au moins une grille 22, apte à retenir les plus gros poissons et les plus gros déchets flottants ou immergés, est reliée aux volets 12 et 13 et s’étend en amont de l’avaloir 16. Dans le cas où les volets 12 et 13 sont mobiles, préférentiellement, deux grilles 22 sont articulées sur les extrémités libres de ces volets 12 et 13 et articulées entre elles, dans des mouvements de rotation d’axes parallèles aux axes de rotation des volets 12 et 13. Ainsi, lorsque les volets 12 et 13 sont rabattus pour être jointifs à leur extrémité amont libre, par exemple pour la navigation de la centrale hydroélectrique 10, les grilles 22 sont superposées devant ou derrière les extrémités jointives des volets. Préférentiellement, une grille secondaire (non représentée) plane est positionnée entre les actionneurs 21 pour retenir les éventuels gros poissons et devant les plus gros déchets flottants ou immergés qui seraient passés en dessous des grilles 22 et au-dessus du volet 14. Préférentiellement, chaque canalisation interne amont 17 présente une embouchure amont 39 en forme d’entonnoir, dont la surface de la section diminue de l’amont vers l’aval de la centrale 10. Préférentiellement aussi, chaque sortie 20, ou embouchure, d’une canalisation interne aval 19 prend la forme d’un entonnoir inversé, dont la surface de la section augmente de l’amont vers l’aval de la centrale 10. Comme on le comprend à la lecture de la description qui précède, l’avaloir 16 peut prendre la forme d’un entonnoir, comme illustré en figures 1 et 2, et provoquer une montée de l’eau et une augmentation de pression en amont des canalisations internes amont 17. La pression de l’eau en entrée de chaque turbine 18 est ainsi augmentée. Inversement, la sortie 20 de chaque canalisation interne aval 19 provoque une aspiration de leur contenu vers l’aval du cours d’eau et donc une augmentation de la pression différentielle entre l’entrée et la sortie de chaque turbine 18. Avec ces deux effets, la puissance électrique délivrée par chaque turbine 18 est supérieure à ce qu’elle serait si cette turbine était simplement plongée dans le cours d’eau. De plus, du fait que la centrale hydroélectrique 10 comporte une coque étanche 11, elle peut être déplacée par navigation sur le cours d’eau ou d’un cours d’eau à un autre, par exemple en fonction des saisons, du débit du cours d’eau, de la largeur navigable du cours d’eau, de la vitesse et/ou du trafic sur le cours d’eau. Grâce aux volets d’avaloir 12, 13 et 14 mobiles en rotation, l’embouchure de l’avaloir 15 peut être adaptée à ces différentes variables et à la puissance électrique à générer, par exemple. Grâce aux grilles 22, les plus gros poissons et déchets déplacés par le cours d’eau, par exemple des branches ou des morceaux de troncs d’arbres, ne pénètrent par dans la centrale hydroélectrique 10, ce qui risquerait d’endommager une turbine génératrice 18. Dans la centrale hydroélectrique 10, la coque 11 comporte, de plus au moins une entrée d’eau inférieure 23 et 24 et/ou latérale 42, orientées vers l’amont entre les volets 12, 13 et 14, et chaque sortie 20 de canalisation interne aval 19. On a représenté, en , un vérin 32 actionnant un volet 33 d’ouverture de l’entrée d’eau inférieure 23. Une tuyère 28 fait suite à l’apport d’eau en provenance d’une entrée d’eau inférieure ou latérale. En figures 1 et 2, une seule tuyère 28 est représentée, dans un but de clarté de ces figures. Dans des variantes, la centrale hydroélectrique ne comporte aucune entrée d’eau inférieure ou latérale. Dans des variantes, les turbines 18 et/ou 27 sont positionnées au col de tuyères 28 et non en amont de ces tuyères 28. Pour chaque entrée d’eau inférieure et/ou latérale 23 et 24, au moins une canalisation interne inférieure et/ou latérale 25 et 26, relie cette entrée d’eau à une canalisation interne amont 17 ou à une canalisation interne aval 19. Le flux d’eau supplémentaire provenant d’une entrée inférieure et/ou latérale 23 et 24 peut entraîner l’eau entrant ou sortant de la turbine 18, pour augmenter la puissance électrique générée. Dans la centrale hydroélectrique 10, sur chaque ensemble comportant une canalisation interne amont 17, une turbine 18 et une canalisation interne aval 17 est montée au moins une deuxième turbine génératrice 27 en aval de la liaison 29 d’une canalisation interne aval et d’une canalisation interne inférieure et/ou latérale. Cette deuxième turbine 27 augmente la puissance électrique générée par la centrale hydroélectrique 10. La centrale hydroélectrique 10 comporte aussi des déflecteurs aval 30 (voir ) liés à la coque 11 et positionnés autour de chaque sortie 20 d’une canalisation interne aval 19. Alternativement, des déflecteurs 31 actionnés par des vérins 34 et positionnés de part et d’autre de la sortie 20 de chaque canalisation aval 19, écartent l’eau à l’arrière de la coque 11 pour augmenter la dépression sur ces sorties et, ainsi, augmenter le différentiel de pression de part et d’autre de chaque turbine. Ces déflecteurs aval 30 augmentent la dépression en aval, en abaissant le niveau d’eau aval, et donc la dépression à chaque sortie 20 d’une canalisation 19. Ce qui augmente encore le différentiel de pression au niveau de chaque turbine, et donc la puissance électrique générée par la centrale hydroélectrique 10. La centrale hydroélectrique 10 comporte des supports verticaux 35 mobiles verticalement grâce à des vérins (non représentée). Les supports verticaux 35 sont munis, dans leur partie basse, de pieds 36 configurés pour supporter la centrale 10 et/ou de pieux 43 (voir ), par exemple coniques, et des moyens 37 de déplacement vertical de ces supports 35 par rapport à la coque 11. Par exemple, les supports verticaux 35 sont des longerons droits montés sur la coque 11 en coulissement selon des axes verticaux et déplacés par des moteurs électriques ou des vérins (non représentés). Pour faciliter la lecture de la , seul le moyen de déplacement 37 situé à l’arrière de la coque 11 est représenté. Grâce à ces dispositions, la centrale peut être déplacée verticalement, par exemple pour suivre l’évolution du niveau de l’eau à la surface du cours d’eau. La centrale hydroélectrique 10 comporte préférentiellement des lests (non représentés) au-dessus de chaque turbine génératrice 18 ou 27. Ces lests, placés dans la partie supérieure de la centrale 10 peuvent ainsi être retirés par une simple grue, pour améliorer la navigabilité de la centrale 10. Par ailleurs, les turbines génératrices 18 et 27 peuvent être en fond de coque 11. La centrale hydroélectrique 10 comporte, pour chaque turbine génératrice 18 et 27, au moins une vanne 38 de coupure de flux d’eau traversant cette turbine. En fermant une telle vanne 38, on évite la rotation trop rapide de chaque turbine lorsque la centrale 10 ne fournit pas d’électricité à un réseau de fourniture d’électricité. Pour faciliter la lecture des figures 3 et 4, on n’y a pas représenté les volets 12 à 14, ni les déflecteurs 30. On retrouve, en figures 3 et 4, des éléments déjà décrits en regard des figures 1 et 2. On observe aussi, en , des ballasts 40 placés en partie supérieure de la coque 11, c’est-à-dire au-dessus du niveau de chaque turbine 18 et 27. Lorsque la centrale est statique dans le cours d’eau, par exemple parce qu’elle est en cours de fonctionnement pour produire de l’électricité, les ballasts 40 sont remplis d’eau pompée dans le cours d’eau afin que les pieux 43 s’enfoncent dans le fond du cours d’eau et assurent, à la fois, une partie du support de la centrale hydroélectrique 10 et son ancrage. Lorsque la centrale 10 doit être déplacée, les ballasts 40 sont vidés et les supports verticaux 35 sont remontés. La centrale 10 peut alors naviguer. Des capteurs (non représentés) mesurent des valeurs de paramètres de fonctionnement de la centrale hydroélectrique 10, par exemple, la hauteur du cours d’eau, la vitesse du cours d’eau, le débit du cours d’eau, l’électricité demandée par le réseau électrique, l’électricité produite par la centrale. Le fonctionnement de la centrale est régulé en fonction de ces valeurs de paramètres, par exemple par action sur les vannes internes, sur l’écartement des volets et/ou des déflecteurs et/ou sur les volets d’entrées d’eau inférieures et/ou latérales. Le deuxième mode de réalisation d’une centrale hydroélectrique 50, figures 5 à 7, comporte moins d’éléments que le premier mode de réalisation 10 (figures 1 à 4). De plus, la coque 51 est moins longue, de l’amont à l’aval, que chaque ensemble de canalisation amont et aval comportant au moins une turbine. On observe, en , des étapes d’un procédé 60 d’exploitation d’une centrale hydroélectrique objet de l’invention. Au cours d’une étape 61, la centrale hydroélectrique est en mode de fonctionnement de navigation pour rejoindre sa position de production d’électricité, par exemple à quelques mètres du bord d’un cours d’eau, préférentiellement fleuve ou rivière. Au cours d’une étape 62, on déploie les supports 35 et on remplit les ballasts 40. La centrale hydroélectrique s’ancre ainsi sur le fond du cours d’eau. Au cours d’une étape 63, on déploie les éventuels déflecteurs. Au cours d’une étape 64, on réalise la connexion de la centrale hydroélectrique au réseau électrique qui acheminera l’électricité produite par cette centrale. Au cours d’une étape 65, on ouvre les volets de l’avaloir et les vannes positionnées sur les canalisations internes, amont ou aval, de la centrale. Au cours d’une étape 66, les turbines génératrices sont en fonctionnement et fournissent de l’électricité au réseau électrique. Au cours d’une étape 67, en cas de coupure de la connexion électrique au réseau ou en cas d’absence de livraison électrique à ce réseau, on ferme les vannes internes de la centrale. Au cours d’une étape 68, on effectue la régulation de la production d’électricité en fonction de la demande du réseau électrique et/ou de paramètres relatifs au cours d’eau, par exemple sa hauteur, son débit, sa vitesse. NOMENCLATURE : 10 centrale hydroélectrique 11 coque étanche 12 volet latéral d’avaloir 16 13 volet latéral d’avaloir 16 14 volet inférieur d’avaloir 16 15 flux d’eau 16 avaloir 17 canalisations internes amont 18 turbine génératrice 19 canalisations internes aval 20 sortie d’eau 21 actionneurs de rotation des volets 12, 13 et 14 22 grille 23 entrée d’eau inférieure 24 entrée d’eau inférieure 25 canalisation interne inférieure et/ou latérale 26 canalisation interne inférieure et/ou latérale 27 deuxième turbine génératrice 28 tuyère 29 liaison d’une canalisation interne aval et d’une canalisation interne inférieure et/ou latérale 30 déflecteur 31 déflecteur 32 vérin 33 volet 34 vérin 35 support vertical 36 pied 37 moyen de déplacement d’un support vertical 38 vanne interne 39 embouchure amont d’une canalisation 17 40 ballast 42 entrée d’eau latérale 43 pieu de support vertical 50 centrale hydroélectrique 51 coque 60 procédé d’exploitation d’une centrale hydroélectrique 61 étape de navigation et positionnement de la centrale 62 étape de déploiement des supports verticaux 63 étape de déploiement des déflecteurs 64 étape de connexion de la centrale hydroélectrique au réseau électrique 65 étape d’ouverture des volets de l’avaloir et des vannes internes 66 étape de fonctionnement des turbines génératrices 67 étape de fermeture des vannes internes en cas de coupure électrique 68 étape de régulation de la production d’électricité Centrale hydroélectrique (10, 50), caractérisée en ce qu’elle comporte, dans une coque étanche (11, 51) : - des volets (12, 13) d’avaloir (16), en amont, pour recevoir un flux d’eau d’un cours d’eau, - des canalisations internes amont (17) reliant cet avaloir à au moins une turbine génératrice (18) et - des canalisations internes aval (19) reliant chaque dite turbine à une sortie (20) en aval. Centrale hydroélectrique (10) selon la revendication 1, dans laquelle les volets (12, 13) d’avaloir (16) sont mobiles en rotation pour faire varier une embouchure de l’avaloir. Centrale hydroélectrique (10) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans laquelle chaque canalisation interne amont (17) présente une embouchure amont (39) en forme d’entonnoir. Centrale hydroélectrique (10) selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle au moins une grille (22) configurée pour retenir les plus gros poissons et les plus gros déchets flottants ou immergés, est reliée aux volets (12, 13). Centrale hydroélectrique (10) selon l’une des revendications 1 à 4, qui comporte, de plus, dans la coque (11), au moins une entrée d’eau inférieure (23) et/ou latérale (24) orientée vers l’amont entre les volets (12, 13) d’avaloir (16) et chaque sortie (20) de canalisation interne aval et, pour chaque entrée d’eau inférieure et/ou latérale, au moins une canalisation interne (26), inférieure et/ou latérale reliant cette entrée d’eau à une canalisation interne amont (17) ou à une canalisation interne aval (19). Centrale hydroélectrique (10) selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle, sur chaque ensemble comportant une canalisation interne amont (17), une turbine (18) et une canalisation interne aval (19) est montée au moins une deuxième turbine génératrice (27) en aval de la liaison (29) d’une canalisation interne aval (19) et d’une canalisation (26) inférieure et/ou latérale. Centrale hydroélectrique (10) selon l’une des revendications 1 à 6, qui comporte des déflecteurs (30, 31) aval liés à la coque (11) et positionnés autour de chaque sortie (20) d’une canalisation interne aval (19). Centrale hydroélectrique (10) selon l’une des revendications 1 à 7, qui comporte des supports verticaux (35) munis, dans leur partie basse, de pieds (36) ou de pieux (43) configurés pour supporter la centrale, et des moyens (37) de déplacement vertical de ces supports par rapport à la coque (11). Centrale hydroélectrique (10) selon l’une des revendications 1 à 8, qui comporte des ballasts (40) au-dessus du niveau de chaque turbine génératrice. Centrale hydroélectrique (10) selon l’une des revendications 1 à 9, qui comporte, pour chaque turbine génératrice (18, 27), une vanne (38) de coupure du flux d’eau traversant cette turbine.