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"Perfectionnement apporté aux centrales hydro-électriques".
Le but de la présente invention est de trouver pour la construction de centrales électriques utilisant des chutes d'eau en terrain très accidenté opposant des difficultés parfois indurmontables. à la réalisation des : barrages-canaux d'amenée- conduites forcées-centrales-canaux de fuite, un mode de conception qui élimine les dites difficultés.
Quand la rivière à capter prend sa sourse dans un réservoir naturel, la présente invention a pour objet d'utiliser le pouvoir régulateur du dit réservoir sans installation d'un barrage à la prisé d'eau.
Par exemple, soit un lac de 2.300 km2 de superficie, de plan d'eau alimentant une rivière offrant sur un parcours .de 46 km une différence de niveau de 500 mètres.
Le moyen classique d'utiliser une semblable chute consiste à prévoir différentes centrales en cascade, chacune d'ello recevant 11 eau de la précédente grace à un barrage.
Une première étude sur le terrain a conduit à supprimer les derniers 10 km comme n'étant pas intéressants au point de vue hydro-électrique et à concevoir sur la rivière 7 barrages et 7 centrales en cascade ayant respectivement: 20,60 - 19,95 - 5.7,75 - 97 - 100 - 100 - 51 mètres: de chute.
Des éboulements très importants s'étant produits,
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on a été amené à supprimer la sixième centrale et à soumettre la cinquième à des compléments d'étude.
Enfin, on propose de se limiter dans un premier stade d'exécution à 4 barrages et à 4 centrales ayant respectivement 20,60 - 19,95 - 57,75 - 97 mètres de ch&te, soit au total 195 mètres ou 40 % de la dénivellation totale de 500 mètres.
Le déchet de 60 % est dû à des difficultés d'exécution imputables à la rivière elle-même: parois très escarpées sujettes aux éboulements, gorges étroites et profondes, accès difficile etc.
Dans la présente invention l'eau n'est plus prise à la rivière. Elle est soutirée directement au lac au fond de ltune des baies qu'il présente, par une prise souterraine alimentant un canal d'amenée également souterrain de 30 km de long.
A son autre extrémité le canal d'amenée communique avec un puits-vertical ou incliné servant de conduite forcée, profond de 500 mètres. les turbines sont disposées dans une chambre souter raine et l'eau est évacuée par un canal de fuite également souterrain de 8 km de longueur, jusqu'à sa jonction avec la rivière.
L'installation ainsi conçue est à l'abris dea accidents d'exploitation tels que : dans le canal d'amenée, chute d'arbres ou d'animaux, etc. Elle n'exige plus de .frais d'entretien et de nettoyage nécessités par les herbes. Elle offre le maximum de sécurité en temps de guerre.
Dans l'exemple cité, le lac est au niveau 1460. En vue de lui faire remplir son rôle d'accumulateur, on prévoit que son niveau peut tomber de 4 mètres, soit à 1456 mètres.
Pour que le tunnel d'amenée soit toujours noyé, sa voute sera présrue à la cote 1456 et son seuil à 1450.
En faisant abstraction des pertes de charge,le canal d'amenée devra donc trouver dans le terrain un appuis naturel sur tout son parcours et cela à la cote 1450.
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Dans le cas considéré il se fait que cette condition est réalisée grace à l'existence d'une crête montagneuse longue de 30 km régnant parallèlement à la rivière et cela à partir du lac. Les affleurements d'une surface de niveau à la cote 1450 dessinent une surface sans solution de continuité depuis le lac jusqu'à 8 km environ de distance du point dont l'altitude est à 500 m en dessous de celle du lac.
En ce point de la dite surfacequi forme un cap si l'on assimile son contour à celui d'un promontoire, on aura en projection horizontale la position du puits formant conduite forcée et comme conséquence la situation de la salle des machines et le départ du canal de fuite.
Si l'on fait intervenir la pente à donner pour assurer l'écoulement de l'eau et l'entraînement des particules en suspension, la surface de niveau au lieu d'être plane devient une surface gauche chacun de ses points étant descendu, par rapport au seuil de la prise, d'une quantité proportionnelle à sa distance à ladite prise comptée le long du tracé du canal.
On voit qu'en'procédant comme indiqué ci-dessus,'on arrive à réaliser au moyen d'une seule centrale l'utilisation de toute la différence de niveau grâce à une installation exécutée complètement en dehors de la rivière et de ses rives.
On élimine ainsi toutes les difficultés parfois inàurmontables dues aux conditions locales citées plus haut.
Le lac dont il est question est profond et ses rives sont escarpées de sorte que la superficie de son plan d'eau varie peu si son niveau descend.
Une tranche d'eau horizontale de 1 m d'épaisseur contient :
2300 x 10002 = 2300 millions de mètres cubes.
L'expérience montre que d'une année à l'autre, à la même époque, le niveau du lac varie peu. Au cours d'une même année il est le plus bas à la fin de la saison sèche, en juillet août, et le plus haut à la fin de la saison des pluies en avril mai.
L'écart est de¯ 1 mètre maximum. L'exutoire naturel du lac a un débit moyen estimé à
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73,5 m3/sec. ce qui par an, correspond à un volume d'eau de
73,5 x 3600 x 876 = 2320 millions de m3. c. à.d. à une tranche horizontale du lac de:
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2320 soit 1 mètre. 23 00
On peut donc dire que durant un an le lac s'enrichit de 2320 millions de m3 d'eau qui s'écoulent jusqu'à présent par son exutoire.
Si on empêche l'exutoire de fonctionner en abaissant convenablement le niveau du lac de manière à mettre le dit exutoire à sec, l'eau pourra servir à faire de la force motrice sans'qu'il soit nécessaire de faire un barrage.
Par exemple: pour la chute de 500 m considérée, l'énergie que pourra donner le lac atteindra :
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2320 x 109 x 500 - 3 15 x 109 KWH théoriques. 270.000 x 1,36
Avec des .rendements des turbines de 88 %et des générateurs électriques de 95 %, on arrive à:
3,15 x 109 x 0,88 x; 0,95 = 2,64 x 109 KWH utiles.
La pratique montre que les centrales à vapeur modernes produisent le KWH à raison de'0,75 kg de charbon. Une couche d'eau du lac de 1 mètre d'épaisseur est donc capable de remplacer :
2,64 x 109 x 0,75 = 1,97 x 109 kg de charbon soit en pratique 2 millions de tonnes. ,
La puissance de la centrale envisagée atteint:
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73,5 x 103 x 500 x 0,88 x 0,95 = 302.000 KW utiles, 75 x 1,36 soit pratiquement trois cent mille KW.
Généralement quand on dispose d'un'lac, on augmente la
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fi?pnnil;ti pnr un hnr'np;0 (ll1i nllrn1 AY0 In n l1jYf'nll du pinn (l' 0nll.
On accroit ainsi l'énergie potentielle par deux moyens: augmentation de la hauteur de chute et accroissement de la réserve d'eau.
On établit la prise au niveau du point le plus profond du lac pour pouvoir, en saison sèche, vider le lac en vue d'en extraire toute l'énergie renfermée. Lorsque les conditions énoncées ci-dessus c. à.d.
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superficie considérable du plan d'eau et constance de la dite surface sur une hauteur appréciable sont réalisées, un barrage élévateur ne se justifie plus.
Dans la présente invention, au lieu de surélever le plan d'eau du lac, on le laissera s'abaisser jusqu'à ce que son exutoire naturel ne débite plus et soit mis à sec. Une bande de terrain non négligeable pour l'agriculture sera mise à profit.
- Sur un mètre en dessous de son niveau, le lac jouera son rôle régulateur dans le cours d'une même année.
- L'abaissement du plan d'eau, pour parer aux années exception- ne,llement sèches sera de l'ordre de 4 mètres.
- Lorsque les conditions locales sont favorables on peut être amené à prévoir un barrage au lac, en vue de recueillir l'excédant d'eau non utilisé spécialement en années exception- nellement pluvieuses. Dans ce cas on procèdera àl'exécution du dit barrage à une époque où l'exutoire est à sec sur une certaine hauteur, ce qui simplifiera la construction du barrage.
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"Improvement provided to hydroelectric power stations".
The aim of the present invention is to find, for the construction of power plants using waterfalls in very uneven terrain, which sometimes presents indurmountable difficulties. the construction of: dams-supply channels-penstocks-power plants-leakage channels, a design method which eliminates the said difficulties.
When the river to be captured takes its source in a natural reservoir, the object of the present invention is to use the regulating power of said reservoir without installing a dam at the water outlet.
For example, a lake with a surface area of 2,300 km2, a body of water feeding a river offering a level difference of 500 meters over a course of 46 km.
The classic way to use a similar waterfall is to provide different cascade plants, each of ello receiving 11 water from the previous one through a dam.
A first field study led to the elimination of the last 10 km as not being interesting from a hydroelectric point of view and to design on the river 7 dams and 7 cascade plants having respectively: 20.60 - 19.95 - 5.7.75 - 97 - 100 - 100 - 51 meters: drop.
Very significant landslides having occurred,
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we were led to suppress the sixth central and to submit the fifth to further study.
Finally, it is proposed to limit ourselves in a first stage of execution to 4 dams and 4 power plants having respectively 20.60 - 19.95 - 57.75 - 97 meters of ch & te, i.e. a total of 195 meters or 40% of the Total vertical drop of 500 meters.
The 60% waste is due to implementation difficulties attributable to the river itself: very steep walls subject to landslides, narrow and deep gorges, difficult access etc.
In the present invention the water is no longer taken from the river. It is withdrawn directly from the lake at the bottom of one of the bays that it presents, by an underground intake supplying a 30 km long underground supply channel.
At its other end, the supply channel communicates with a vertical or inclined shaft serving as a penstock, 500 meters deep. the turbines are placed in an underground chamber and the water is evacuated via an 8 km long underground tailrace channel, up to its junction with the river.
The installation thus designed is sheltered from operational accidents such as: in the intake channel, falling trees or animals, etc. It no longer requires the maintenance and cleaning costs required by the herbs. It offers maximum security in times of war.
In the example cited, the lake is at level 1460. In order to make it fulfill its role as an accumulator, it is expected that its level can drop by 4 meters, ie to 1456 meters.
To ensure that the feed tunnel is always flooded, its vault will be set at height 1456 and its threshold at 1450.
Leaving aside the pressure drops, the supply channel will therefore have to find natural support in the ground over its entire course, at elevation 1450.
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In the case considered, this condition is achieved thanks to the existence of a 30 km long mountain ridge reigning parallel to the river, starting from the lake. The outcrops of a surface level at elevation 1450 draw a surface without solution of continuity from the lake up to about 8 km away from the point whose altitude is 500 m below that of the lake.
At this point of the said surface which forms a cape if we assimilate its outline to that of a promontory, we will have in horizontal projection the position of the shaft forming penstock and as a consequence the situation of the engine room and the departure of the leak channel.
If we bring in the slope to be given to ensure the flow of water and the entrainment of suspended particles, the level surface instead of being flat becomes a left surface each of its points being lowered, for example relative to the outlet threshold, by an amount proportional to its distance from said outlet counted along the course of the channel.
It can be seen that, proceeding as indicated above, it is possible to achieve, by means of a single central unit, the use of all the difference in level thanks to an installation carried out completely outside the river and its banks.
This eliminates all the sometimes overwhelming difficulties due to the local conditions mentioned above.
The lake in question is deep and its shores are steep so that the surface area of its body of water varies little if its level drops.
A horizontal slice of water 1 m thick contains:
2300 x 10002 = 2300 million cubic meters.
Experience shows that from one year to another, at the same time, the level of the lake varies little. In the same year it is lowest at the end of the dry season, in July and August, and highest at the end of the rainy season in April and May.
The gap is 1 meter maximum. The natural outlet of the lake has an average flow estimated at
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73.5 m3 / sec. which per year corresponds to a water volume of
73.5 x 3600 x 876 = 2320 million m3. vs. to.d. at a horizontal slice of the lake from:
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2320 or 1 meter. 23 00
We can therefore say that during a year the lake is enriched by 2320 million m3 of water which so far has flowed through its outlet.
If the outlet is prevented from functioning by suitably lowering the level of the lake so as to dry the said outlet, the water can be used to provide motive power without the need for a dam.
For example: for the considered drop of 500 m, the energy that the lake can give will reach:
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2320 x 109 x 500 - 3 15 x 109 KWH theoretical. 270,000 x 1.36
With turbine efficiencies of 88% and electric generators of 95%, we arrive at:
3.15 x 109 x 0.88 x; 0.95 = 2.64 x 109 kWh useful.
Practice shows that modern steam power stations produce kWh at the rate of 0.75 kg of coal. A layer of lake water 1 meter thick is therefore able to replace:
2.64 x 109 x 0.75 = 1.97 x 109 kg of coal, in practice 2 million tonnes. ,
The power of the planned plant reaches:
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73.5 x 103 x 500 x 0.88 x 0.95 = 302,000 useful KW, 75 x 1.36 or almost three hundred thousand KW.
Usually when we have a lake, we increase the
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fi? pnnil; ti pnr un hnr'np; 0 (ll1i nllrn1 AY0 In n l1jYf'nll du pinn (l '0nll.
The potential energy is thus increased by two means: increasing the height of fall and increasing the water reserve.
The plug is established at the deepest point of the lake in order to be able, in the dry season, to empty the lake in order to extract all the energy contained. When the conditions set out above c. to.d.
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Considerable surface area of the body of water and consistency of said surface over an appreciable height are achieved, a lifting dam is no longer justified.
In the present invention, instead of raising the body of water from the lake, it will be allowed to lower until its natural outlet no longer flows and is dry. A significant strip of land for agriculture will be used.
- On a meter below its level, the lake will play its regulatory role during the same year.
- The lowering of the water level, to deal with exceptionally dry years, will be of the order of 4 meters.
- When local conditions are favorable, it may be necessary to provide a dam on the lake, in order to collect the excess water not used especially in exceptionally rainy years. In this case, the said dam will be built at a time when the outlet is dry over a certain height, which will simplify the construction of the dam.