EP3259470A1 - Systeme de generation de vagues dans un bassin - Google Patents

Systeme de generation de vagues dans un bassin

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Publication number
EP3259470A1
EP3259470A1 EP16707677.7A EP16707677A EP3259470A1 EP 3259470 A1 EP3259470 A1 EP 3259470A1 EP 16707677 A EP16707677 A EP 16707677A EP 3259470 A1 EP3259470 A1 EP 3259470A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
basin
water
pump
water inlet
inlet mouth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16707677.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Aurélien BABARIT
Simon DELVOYE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Centrale de Nantes
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Centrale de Nantes
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Ecole Centrale de Nantes filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP3259470A1 publication Critical patent/EP3259470A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H4/00—Swimming or splash baths or pools
    • E04H4/0006—Devices for producing waves in swimming pools
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/10—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto characterised by having means for functioning alternatively as pumps or turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/40—Flow geometry or direction
    • F05B2210/404—Flow geometry or direction bidirectional, i.e. in opposite, alternating directions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the invention relates to a system for generating waves in a pool.
  • the invention also relates to a system for recovering wave energy.
  • Wave generation in a basin is usually done using oscillating mechanical devices, such as floats or vertical flap drummers. These devices oscillate vertically or horizontally by moving a volume of water, which generates waves.
  • Such wave generation systems generally have problems related to their mechanical complexity. This complexity is due in particular to the presence of many moving parts, and, in the case of drummers with vertical shutters of "dry-back" type, the need to compensate for the hydrostatic thrust applied to the wet side of the drummer.
  • wave energy recovery systems also called wave energy, energy recovery systems using turbines exist, nevertheless these systems are:
  • An object of the invention is to solve the problems of wave generation systems in a pool known in the state of the art.
  • the invention aims in particular to provide a system for generating waves in a basin that is simple and effective, and is not limited mechanically for the amplitude of the waves generated.
  • the invention also aims to propose a system for simultaneous generation of waves and current that is simple and easy to implement.
  • Another objective of the invention is to propose a wave energy recovery system that is at the same time simple, inexpensive and efficient.
  • the invention relates to a system for generating waves in a basin, characterized in that it comprises, at least one wall of said basin, at least one water inlet mouth connected to a source of supply by a network of pipes, said network of pipes comprising at least one pump adapted to exchange water alternately from the supply source to said basin and vice versa, said pump being controlled so as to generate at the water inlet mouth an oscillating flow oriented alternately to the basin and then to the source of supply.
  • the system according to the invention uses pumps for wave generation. These generate an oscillating flow that locally creates a vertical variation in the surface elevation of the water, this variation propagates and thus effectively generates waves.
  • the oscillating flow creates a boundary condition in the fluid that locally mimics wave kinematics.
  • the propagation of this boundary condition generates waves.
  • the use of pumps eliminates end stops that limit the maximum range of motion.
  • the amplitude of the waves generated is also not limited by these stops.
  • Oscillating flow rate means a flow whose quantity of water per second oscillates between a minimum value and a maximum value.
  • the pump used in this system can be any type of pump capable of pumping water from the tank to the basin and vice versa. It is possible, for example, to use any type of motor pump, in particular a propeller pump.
  • the oscillating flow rate generated has a non-zero average. Imposing a non-zero average flow oscillating flow makes it possible to generate a current in addition to waves. Thus, the same device for generating waves is also used to generate a current. In this way, waves and current can be generated simultaneously without any need to add additional devices.
  • the system also comprises a convergent having inclined walls, placed at the outlet of the water inlet mouth.
  • a convergent makes it possible to diffuse the jet generated by the pump to prevent it being concentrated in a reduced zone. This makes it possible to optimize the profile of the flow created so as to get as close as possible to a conventional profile of a wave. Thus, the performance of the device is further improved.
  • the inlet mouth of water is inclined at an angle alpha relative to the bottom of the basin.
  • the outlet of the water inlet mouth is provided with a structure in the form of a honeycomb.
  • a structure in the form of a honeycomb makes it possible to break any swirling structures that would be generated by the pump.
  • the supply of water pump is from a reservoir located upstream of the water inlet mouth.
  • This tank is, for example in the open air.
  • the basin has an end opposite to the wall comprising the inlet water mouth, and the reservoir is connected to the opposite end by a second pipe network.
  • these pipes pass under the bottom of the basin.
  • the tank in the open air consists of a second basin, which may be, for example, identical to the initial pool.
  • the supply of the water pump is directly in the basin, the pipe network connecting the water inlet mouth to at least one opening at the bottom of the basin.
  • the pipe network connects the inlet mouth of water to several openings at the bottom of the basin.
  • the opening (s) at the bottom of the pool is (are) located at an end opposite to that comprising the wave generating pipe. This makes it possible not to disturb the wave generation.
  • the opening at the bottom of the basin has a flared shape. Such a shape also makes it possible to limit disturbances to wave generation.
  • the mouth water inlet is integrated with a structure maintained floating by sliding along a vertical guide column.
  • the fact that the water inlet is integrated in a floating structure optimizes wave generation. Indeed, in this case the oscillating flow is generated near the surface of the water while avoiding the intake of air when the pump operates in suction.
  • the pump is placed upstream of the water inlet mouth on a support located above the water level.
  • This configuration notably makes it easier to access the pump for maintenance.
  • the wave generation system comprises several water inlet mouths placed one above the other.
  • the invention also relates to a system for recovering energy from waves at sea, characterized in that it comprises a sealed support structure comprising at least one water inlet mouth connected to a network of exhaust pipes d. water, said network of water discharge pipes comprising,
  • At least one pump controlled so as to generate a pressure drop proportional to the acceleration of the water flow in order to reduce the effects of inertia related to the mass of water contained in the pipe network
  • the energy recovery system proposed by the invention is simple and inexpensive since it relies on the use of pumps for the generation of a flow and turbines for the production of electrical energy.
  • the control of the flow makes it possible to reduce the apparent inertia of the system.
  • the efficiency of the turbine during energy recovery cycles is improved.
  • the overall efficiency of the system is also improved.
  • the apparent inertia By reducing the apparent inertia, it is meant that, without control, the system behaves as a mass-damper assembly subjected to an excitation force.
  • the flow velocity must be in phase with the excitation force. Without piloting, the term mass is dominant. The flow velocity is then 90 ° out of phase with the excitation force. The overall yield is low. With the control of the flow by the pump, the apparent mass is reduced so that the damping term is dominant. The flow velocity is then in phase with the excitation force and the overall efficiency is considerably improved.
  • the water discharge network also serves as a supply network for the water pump when it is in discharge mode.
  • the pump used in this energy recovery system can also be any type of pump capable of pumping water from the tank to the basin and vice versa. It is possible, for example, to use any type of motor pump, in particular a propeller pump.
  • the pump and the turbine are coupled. Coupling means that the pump and the turbine belong to the same device or form the same device.
  • the turbine can be replaced by the propellers of a propeller pump.
  • the speed of the flow is measured by a sensor positioned in the driving network.
  • a sensor is for example a flow meter.
  • the waterproof support structure is a wall of a dike.
  • a dike a wall of a dike.
  • the water inlet mouth is mounted floating on a float held in position by anchoring lines. This structure allows the installation of the system at great depth.
  • the discharge of water is directly in the sea, a vertical pipe being emerged at a determined depth.
  • the pipe is emerged directly into the water at a determined depth considered sufficient.
  • Such a depth must be at least half the wavelength of the dominant wave on site.
  • Such a pipe can be held in position by a solid structure.
  • the pipe crosses the wall of the dam and opens out. Dominant wave on site is the most common wave in an area.
  • the outlet of the water inlet mouth is provided with a convergent inclined walls. These inclined walls have the advantage of concentrating the flow of water at the inlet of this water inlet mouth.
  • FIG. 1 represents a system for generating waves in a basin according to the invention without which the pump is supplied with water by a reservoir located upstream of the water inlet mouth;
  • FIG. 2 represents a variant of the system of FIG. 1 in which the supply of the pump with water is done directly in the basin;
  • FIG. 3 shows a variant of the system of Figure 2 in which the water inlet is floating
  • FIGS. 4 and 5 represent two variants of a wave energy recovery system that can be used at low depth
  • FIG. 6 represents a wave energy recovery system that can be used at great depth
  • Figure 7 shows a system of wave generation similar to the system of Figure 1 wherein the inlet water mouth is inclined at an angle;
  • Figure 8 shows a system of Figure 7 wherein the basin communicates further with the reservoir by a pipe arranged in the bottom of the basin;
  • Figure 9 the system of Figure 8 which comprises wherein the water inlet mouth further comprises a honeycomb;
  • FIG. 10 represents a system similar to the system of FIG. 8 which comprises two superimposed water inlet mouths;
  • FIG. 11 shows a system similar to the system of Figures 1 and 7 wherein the reservoir is a second basin.
  • FIG. 1 An example of a wave generation system in a basin 1 is shown in FIG. 1.
  • This system comprises a water inlet 2 comprising a pipe 3 through which the basin 1 communicates with a tank 4.
  • a pump 5 positioned in the pipe 3 is controlled so as to generate a flow of water having an oscillating flow oriented alternately towards the basin 1 and then to the reservoir 4.
  • the oscillating flow flow thus created makes it possible to generate waves 6 in the basin 1.
  • the water inlet mouth 2 comprises a convergent having inclined walls 7. This convergent allows to diffuse the flow generated by the pump to avoid that it is concentrated in a reduced zone. Diffusion of the generated flow allows to have waves with a better profile, that is to say approaching the profile of the waves at sea.
  • the water inlet mouth 2 is also equipped at its outlet with a structure in the form of a honeycomb 7. This structure 8 makes it possible to break any swirling structures that would be generated by the pump.
  • the wave generation system of FIG. 1 also makes it possible to generate a current without the need to add other devices. For this, a non-zero average flow rate is imposed on the oscillating flow generated at the outlet of the water inlet mouth.
  • Positive flow designates the flow rate generated by the pump when it is oriented in a preferred direction, for example towards the basin.
  • the flow is considered negative.
  • non-zero average flow rate it is meant that the oscillatory flow generated by the pump is oriented more in one direction than in the other.
  • the pump is oriented more in the direction of the basin than in the opposite direction.
  • This system comprises a basin 1000 comprising a wall 2000 forming a water inlet and a pipe 3000 through which the pool 1000 communicates with a reservoir 4000.
  • a pump 5000 positioned in the pipe 3000 is controlled so as to generate a flow of water having an oscillating flow oriented alternately to the basin 1000 and then to the reservoir 4000, to generate waves 6000 in the basin 1000.
  • This system comprises, with respect to the system of FIG. 1, the following particularities:
  • the bottom of the tank is lower than the bottom of the basin. This has the advantage of allowing a tilt of the pipe.
  • the pipe 3000 is inclined at an angle to the bottom of the basin 7000.
  • the advantage of such inclination is to optimize the profile of the current generated in the basin in the case of wave generation and current.
  • the reservoir 4000 is for example a reservoir to the open air.
  • the angle a is for example between 0 and 15 degrees, preferably 5 degrees.
  • FIG. 8 represents a variant of the embodiment of FIG. 7, in which the tank 1000 has under bottom 7000, a pipe or pipe network 9000 allowing communication between the bottom 7000 of the basin 1000 and the tank 4000. 8, the pipe 9000 opens into the bottom 7000 of the basin 1000 at an opening 1001 at the level of the opposite end 2001 of the wall 2000 forming the water inlet mouth.
  • the pipe 9000 has the advantage of allowing the flow of a current generated by the pump when a non-zero flow is imposed.
  • the circulation of the current generated is from the basin to the tank, as shown by the arrows.
  • FIG. 9 represents a system similar to the system of FIG. 8, but therefore which the inlet water inlet 2000 comprises a honeycomb-shaped structure 10000.
  • FIG. 10 represents a system similar to the system of FIG. 9, but therefore which inlet mouth 2000 comprises the honeycomb structure 10000 and two superimposed conduits 3001, 3002 respectively provided 5001, 5002. According to a variant this system does not include a honeycomb.
  • FIG. 11 represents a system similar to the system of FIGS. 1 and 7 in which the reservoir is in the shape of a second basin 4001.
  • This second basin 4001 may be identical to or different from the initial basin 1000.
  • the pipe 3004 comprises a pump 5003 and honeycomb structures 10001, 10002 respectively on the side of the initial basin 1000 and on the side of the second basin 4001. Nevertheless, these structures in the form of Honeycomb 10001, 10002 are optional.
  • FIG. 2 A second embodiment of a wave generation system according to the invention is shown in FIG. 2.
  • This system is identical to the preceding system except with regard to the supply source of the pump.
  • the supply of the pump 15 is directly in the basin 10.
  • This supply is through a pipe 19 via an opening 11 which is at the bottom of the basin.
  • this opening In order not to disturb the generation of waves in the basin, it is preferable that this opening be as far as possible from the inlet water mouth 12. It is also preferable that this opening has a flared shape.
  • This opening 11 can also be replaced by several small openings at the bottom of the basin 10 connected to the pipe 19.
  • FIG. 3 represents a variant of the embodiment of FIG. 2.
  • the water inlet mouth 22 is floatably mounted along a vertical guide column 31.
  • This arrangement makes it possible to generate a flow. oscillating close to the surface of the water.
  • This arrangement also makes it possible to avoid the intake of air when the pump is operating in suction since the water inlet mouth 22 follows the drop and the rise of the wave level, that is to say the passage from a peak to a hollow.
  • the pump 25 is mounted upstream of the water inlet mouth on a support 32 located above the water level.
  • the pump 25 is connected to the water inlet mouth 22 by a flexible pipe 30.
  • the other elements of this wave generation system are unchanged with respect to the system of FIG. 2.
  • the operation of the pump also remains the same to the two previous examples. Wave energy recovery
  • FIG. 4 An example of a system for recovering energy from waves 100 at sea is represented in FIG. 4.
  • This system comprises a water inlet port 101 comprising a pipe 102 connected to a tank 103.
  • This pipe 102 comprises a couple pump / turbine 104 controlled so as to efficiently generate electrical energy from the kinetic energy of the waves.
  • the water inlet mouth is positioned in a sealed structure 105, for example the wall of a dike.
  • a convergent 106 having inclined walls is positioned on this watertight structure 105 at the inlet of the water inlet mouth so as to converge the flow of water towards the inlet of this inlet water mouth, which has the effect of accelerating the flow.
  • FIG. 5 represents a second embodiment of a wave energy recovery system according to the invention. This system is identical to the system of Figure 4, except for the discharge of water and the supply of the pump. Instead of having a tank, the evacuation of water when the pump is suctioning and the supply of the pump when it is in discharge mode, this is through a pipe 108 via an opening 109 in the sealed structure 105. It is preferable that this opening 109 be as deep as possible in order to avoid disturbing the measurements of the sensor 107.
  • FIG. 6 represents a wave energy recovery system according to the invention that can be used at great depth.
  • the water inlet mouth 200 is mounted on a float 201 held in position by anchor lines 202.
  • the inlet water inlet 200 is connected to a pipe
  • this system also comprises a convergent positioned at the inlet of the water inlet mouth to concentrate the flow of water at the inlet of the water inlet mouth 200.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

L'invention concerne un système de génération de vagues dans un bassin (1000), ledit système comporte, au niveau d'au moins une paroi dudit bassin, au moins une bouche d'arrivée d'eau reliée à une source d'approvisionnement (4001) par un réseau de conduites (3004), ledit réseau de conduites (3004) comportant au moins une pompe (5003) apte à échanger de l'eau alternativement de la source d'approvisionnement (4001) vers le bassin (1000) et inversement, ladite pompe (5003) étant pilotée de manière à générer au niveau de la bouche d'arrivée d'eau un débit oscillant orienté alternativement vers le bassin (1000) puis vers la source d'approvisionnement (4001).

Description

SYSTEME DE GENERATION DE VAGUES DANS UN BASSIN
L' invention concerne un système de génération de vagues dans un bassin. L'invention concerne également un système de récupération de l'énergie des vagues.
La génération de vagues dans un bassin se fait habituellement à l'aide de dispositifs mécaniques oscillants, tels que des flotteurs ou des batteurs à volets verticaux. Ces dispositifs oscillent verticalement ou horizontalement en déplaçant un volume d'eau, ce qui permet de générer des vagues.
Une génération de courant est également possible à l'aide de pompes usuellement placées sur les bords ou au fond du bassin. Dans ce cas, un fonctionnement en boucle fermée est possible grâce à une conduite de recirculation placée sous le bassin.
De tels systèmes de génération de vagues présentent généralement des problèmes liés à leur complexité mécanique. Cette complexité est due notamment à la présence de nombreuses pièces mobiles, et, dans le cas de batteurs à volets verticaux de type « dry-back », à la nécessité de compenser la poussée hydrostatique s' appliquant du côté mouillé du batteur.
Un autre problème de tels systèmes de génération de vagues est qu' ils nécessitent de prévoir des butées de fin de courses limitant les amplitudes maximales des mouvements. Cette limitation de l'amplitude du mouvement limite également l'amplitude des vagues générées.
Un autre problème de tels systèmes est que la génération combinée de vagues et de courant nécessite de mettre en œuvre deux types de dispositifs : des flotteurs, par exemple, pour la génération de vagues et des pompes pour la génération de courant. Ceci est source de complexité supplémentaire.
Concernant la récupération d'énergie des vagues, appelée aussi énergie houlomotrice, des systèmes de récupération d'énergie mettant en œuvre des turbines existent, néanmoins ces systèmes sont :
- Soit simples et peu coûteux, mais également peu efficaces tels que les systèmes à déferlement ou à colonnes d'eau oscillante ;
- Soit performants, mais complexes et coûteux tels que les systèmes oscillants avec un contrôle actif. II en résulte que dans les deux cas le coût de l'énergie est trop élevé par rapport au marché.
Un objectif de l'invention est de résoudre les problèmes des systèmes de génération de vagues dans un bassin connus de l'état de la technique. L'invention vise notamment à proposer un système de génération de vagues dans un bassin qui soit simple et efficace, et ne soit pas limité mécaniquement pour l'amplitude des vagues générées. L' invention vise également à proposer un système de génération simultanée de vagues et de courant qui soit simple et facile à mettre en œuvre.
Un autre objectif de l'invention est de proposer un système de récupération d'énergie des vagues qui soit à la fois simple, peu coûteux et performant.
L' invention concerne un système de génération de vagues dans un bassin, caractérisé en ce qu'il comporte, au niveau d'au moins une paroi dudit bassin, au moins une bouche d'arrivée d'eau reliée à une source d'approvisionnement par un réseau de conduites, ledit réseau de conduites comportant au moins une pompe apte à échanger de l'eau alternativement de la source d'approvisionnement vers ledit bassin et inversement, ladite pompe étant pilotée de manière à générer au niveau de la bouche d'arrivée d'eau un débit oscillant orienté alternativement vers le bassin puis vers la source d' approvisionnement .
Ainsi, le système selon l'invention utilise des pompes pour la génération de vagues. Celles-ci génèrent un débit oscillant qui crée localement une variation verticale de l'élévation de surface de l'eau, cette variation se propage et génère ainsi efficacement des vagues .
En termes plus techniques, le débit oscillant crée une condition aux limites dans le fluide qui imite localement la cinématique des vagues. La propagation de cette condition aux limites génère ainsi des vagues.
De plus, l'utilisation de pompes permet de s'affranchir des butées de fin de course qui limitent les amplitudes maximales des mouvements. Ainsi, l'amplitude des vagues générées n'est également pas limitée par ces butées .
Par débit oscillant, on entend un écoulement dont la quantité d'eau par seconde oscille entre une valeur minimale et une valeur maximale. La pompe utilisée dans ce système peut être tout type de pompe apte à pomper l'eau du réservoir vers le bassin et inversement. On peut, par exemple, utiliser tout type de motopompe, en particulier, une pompe à hélice. Selon une réalisation de l'invention, le débit oscillant généré a une moyenne non nulle. Le fait d'imposer un écoulement oscillant à débit moyen non nul, permet de générer un courant en plus de vagues. Ainsi, le même dispositif servant à générer des vagues sert également à générer un courant. De cette façon, on peut générer simultanément des vagues et du courant sans aucun besoin d'ajouter des dispositifs supplémentaires.
Selon une autre réalisation de l'invention, le système comporte aussi un convergent ayant des parois inclinées, placé en sortie de la bouche d'arrivée d'eau. Un tel convergent permet de diffuser le jet généré par la pompe pour éviter qu'il soit concentré en zone réduite. Ceci permet d'optimiser le profil de l'écoulement créé de telle sorte à s'approcher au mieux d'un profil classique d'une vague. Ainsi, on améliore encore plus les performances du dispositif.
Selon une autre réalisation de l'invention, la bouche d'arrivée d'eau est inclinée d'un angle alpha par rapport au fond du bassin.
Avantageusement, la sortie de la bouche d'arrivée d'eau est pourvue d'une structure en forme d'un nid d'abeille. Une telle structure en forme de nid d'abeille permet de casser d'éventuelles structures tourbillonnaires qui seraient générées par la pompe. Selon une réalisation de l'invention, l'approvisionnement de la pompe en eau se fait à partir d'un réservoir situé en amont de la bouche d'arrivée d'eau. Ce réservoir est, par exemple à l'air libre. Avantageusement, le bassin comporte une extrémité opposée à la paroi comprenant la bouche d'arrivée d'eau, et le réservoir, est relié à l'extrémité opposée par un deuxième réseau de conduites. Par exemple, ces conduites passent sous le fond du bassin. Selon une réalisation de l'invention, le réservoir à l'air libre consiste en un deuxième bassin, qui peut être, par exemple, identique au bassin initial.
Selon une variante, l'approvisionnement de la pompe en eau se fait directement dans le bassin, le réseau de conduites reliant la bouche d'arrivée d'eau à au moins une ouverture au fond du bassin. De préférence le réseau de conduites relie la bouche d'arrivée d'eau à plusieurs ouvertures au fond du bassin. Un tel approvisionnement directement au fond du bassin a l'avantage de ne pas nécessiter de réservoir supplémentaire.
Avantageusement, la ou les ouverture (s) au fond du bassin est (sont) située (s) à une extrémité opposée à celle comportant la conduite de génération de vagues. Ceci permet de ne pas perturber la génération de vagues. Avantageusement, l'ouverture au fond du bassin a une forme évasée. Une telle forme, permet également de limiter les perturbations à la génération de vagues.
Selon un autre mode de réalisation, la bouche d'arrivée d'eau est intégrée à une structure maintenue flottante par coulissement le long d'une colonne de guidage verticale. Le fait que la bouche d'arrivée d'eau soit intégrée à une structure flottante permet d'optimiser la génération de vagues. En effet, dans ce cas l'écoulement oscillant est généré près de la surface de l'eau tout en évitant la prise d'air lorsque la pompe fonctionne en aspiration.
Avantageusement, la pompe est placée en amont de la bouche d'arrivée d'eau sur un support se trouvant au dessus du niveau de l'eau. Cette configuration permet notamment de faciliter l'accès à la pompe pour la maintenance .
Selon une variante, le système de génération de vagues comporte plusieurs bouches d'arrivée d'eau placées les unes au dessus des autres.
L' invention concerne également un système de récupération d'énergie des vagues en mer, caractérisé en ce qu' il comporte une structure de support étanche comportant au moins une bouche d'arrivée d'eau reliée à un réseau de conduites d'évacuation d'eau, ledit réseau de conduites d'évacuation d'eau comportant,
- au moins une pompe pilotée de sorte à générer une perte de charge proportionnelle à l'accélération de l'écoulement d'eau dans le but de réduire les effets d'inertie liée à la masse d'eau contenue dans le réseau de conduites, et
- au moins une turbine actionnée par l'écoulement d'eau pour produire une énergie électrique. Ainsi, le système de récupération d'énergie proposé par l'invention est simple et peu coûteux puisqu'il repose sur l'utilisation de pompes pour la génération d'un écoulement et de turbines pour la production d'énergie électrique. De plus, le pilotage de l'écoulement permet de réduire l'inertie apparente du système. De ce fait, le rendement de la turbine lors des cycles de récupération d'énergie est amélioré. Ainsi, le rendement global du système est également amélioré.
Par réduction de l'inertie apparente, on entend le fait que, sans pilotage, le système se comporte comme un ensemble masse-amortisseur soumis à une force d'excitation. Pour maximiser le rendement global, la vitesse de l'écoulement doit être en phase avec la force d'excitation. Sans pilotage, le terme de masse est dominant. La vitesse de l'écoulement est alors déphasée de 90° par rapport à la force d'excitation. Le rendement global est faible. Avec le pilotage de l'écoulement par la pompe, on réduit la masse apparente de telle sorte que le terme d'amortissement soit dominant. La vitesse de l'écoulement est alors en phase avec la force d'excitation et le rendement global est considérablement amélioré.
Il est à noter que le réseau d'évacuation d'eau sert aussi de réseau d'alimentation de la pompe en eau lorsque celle-ci est en mode refoulement.
La pompe utilisée dans ce système de récupération d'énergie peut également être tout type de pompe apte à pomper l'eau du réservoir vers le bassin et inversement. On peut, par exemple, utiliser tout type de motopompe, en particulier une pompe à hélice. Selon une variante, la pompe et la turbine sont couplées. Par couplée, on entend le fait que la pompe et la turbine appartiennent au même dispositif ou forment le même dispositif. Par exemple, la turbine peut être remplacée par les hélices d'une pompe à hélices.
Selon une application, la vitesse de l'écoulement est mesurée par un capteur positionné dans le réseau de conduite. Un tel capteur est par exemple un débitmètre.
Selon une réalisation de l'invention, la structure de support étanche est un mur d'une digue. Ainsi, on peut installer ce système en faible profondeur d'eau sur le mur d'une digue, par exemple. De cette façon on mutualise la protection du trait de côte et la production d'énergie.
Selon un autre mode de réalisation, la bouche d'arrivée d'eau est montée flottante sur un flotteur maintenu en position par des lignes d'ancrage. Cette structure permet l'installation du système en grande profondeur .
Selon une réalisation de l'invention, l'évacuation d'eau se fait directement dans la mer, une conduite verticale étant émergée à une profondeur déterminée. Dans le cas où le système est positionné en grande profondeur, la conduite est émergée directement dans l'eau à une profondeur déterminée considérée comme suffisante. Une telle profondeur doit être au moins égale à la demi- longueur d'onde de la vague dominante sur site. Une telle conduite peut être maintenue en position par une structure solide. D'autre part, dans le cas d'un système positionné à faible profondeur, il est préférable que la conduite traverse le mur de la digue et débouche au large. On entend par vague dominante sur site, la vague qui se reproduit le plus souvent dans une zone.
Selon une autre réalisation de l'invention, la sortie de la bouche d'arrivée d'eau est pourvue d'un convergent à parois inclinées. Ces parois inclinées présentent l'avantage de concentrer l'écoulement d'eau à l'entrée de cette bouche d'arrivée d'eau.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, de modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en relation avec les dessins annexés où :
la figure 1 représente un système de génération de vagues dans un bassin selon l'invention sans lequel l'approvisionnement de la pompe en eau se fait par un réservoir situé en amont de la bouche d' arrivée d' eau ;
- la figure 2 représente une variante du système de la figure 1 dans laquelle l'approvisionnement de la pompe en eau se fait directement dans le bassin ;
- la figure 3 représente une variante du système de la figure 2 dans laquelle la bouche d'arrivée d'eau est flottante ;
- les figures 4 et 5 représentent deux variantes d'un système de récupération d'énergie des vagues utilisable en basse profondeur ;
la figure 6 représente un système de récupération d'énergie des vagues utilisable en grande profondeur;
la figure 7 représente un système de génération de vagues similaire au système de la figure 1 dans lequel la bouche d'arrivée d'eau est inclinée d'un angle a ;
la figure 8 représente un système de la figure 7 dans lequel le bassin communique en outre avec le réservoir par une conduite agencé dans le fond du bassin;
la figure 9 le système de la figure 8 qui comporte dans lequel la bouche d'arrivée d'eau comporte en outre un nid d'abeille ;
- la figure 10 représente un système similaire au système de la figure 8 qui comprend deux bouches d'arrivée d'eau superposée ;
- la figure 11 représente un système similaire au système des figures 1 et 7 dans lequel le réservoir est un deuxième bassin.
Génération de vagues Un exemple de système de génération de vagues dans un bassin 1 est représenté par la figure 1. Ce système comporte une bouche d' arrivée d' eau 2 comprenant une conduite 3 à travers laquelle le bassin 1 communique avec un réservoir 4. Une pompe 5 positionnée dans la conduite 3 est pilotée de manière à générer un écoulement d'eau ayant un débit oscillant orienté alternativement vers le bassin 1 puis vers le réservoir 4. L'écoulement à débit oscillant ainsi créé permet de générer des vagues 6 dans le bassin 1. Dans l'exemple de la figure 1, la bouche d'arrivée d'eau 2 comporte un convergent ayant des parois inclinées 7. Ce convergent permet de diffuser l'écoulement généré par la pompe pour éviter qu' il soit concentré dans une zone réduite. Le fait de diffuser l'écoulement généré permet d'avoir des vagues avec un meilleur profil, c'est- à-dire s' approchant du profil des vagues en mer.
La bouche d'arrivée d'eau 2 est également équipée à sa sortie d'une structure en forme d'un nid d'abeille 7. Cette structure 8 permet de casser d'éventuelles structures tourbillonnaires qui seraient générées par la pompe .
Le système de génération de vagues de la figure 1 permet également de générer un courant sans besoin d'ajouter d'autres dispositifs. Pour cela, on impose un débit moyen non nul à l'écoulement oscillant généré à la sortie de la bouche d'arrivée d'eau.
On désigne par débit positif le débit généré par la pompe lorsque celle-ci est orientée dans un sens préféré, par exemple vers le bassin. Lorsque la pompe est orientée en sens inverse du sens préféré, le débit est considéré négatif. Par débit moyen non nul on désigne le fait que l'écoulement oscillant généré par la pompe est orientée plus dans un sens que dans l'autre. Ainsi, pour générer un courant dans le bassin, la pompe est plus orientée dans le sens du bassin que dans le sens inverse. Une variante du système de génération de vagues de la figure 1 est représentée par la figure 7.
Ce système comporte un bassin 1000 comprenant une paroi 2000 formant une bouche d'arrivée d'eau et une conduite 3000 à travers laquelle le bassin 1000 communique avec un réservoir 4000. Une pompe 5000 positionnée dans la conduite 3000 est pilotée de manière à générer un écoulement d'eau ayant un débit oscillant orienté alternativement vers le bassin 1000 puis vers le réservoir 4000, pour générer des vagues 6000 dans le bassin 1000. Ce système comporte par rapport au système da la figure 1, les particularités suivantes:
- le fond du réservoir est plus bas que le fond du bassin. Ceci a pour intérêt de permettre une inclinaison de la conduite.
-la conduite 3000 est inclinée d'un angle a par rapport au fond du bassin 7000. L'intérêt d'une telle inclinaison est d'optimiser le profil du courant génère dans le bassin dans le cas de génération de houle et courant .
- bassin comporte une plage 8000 d'amortissement de vagues, dont l'intérêt est d'amortir les vagues générées lorsqu'elles arrivent à l'extrémité opposée 2001 de la paroi 2000 du bassin 1000. Le réservoir 4000 est par exemple un réservoir à l'air libre.
L'angle a est par exemple compris entre 0 et 15 degrés, de préférence 5 degrés.
La figure 8 représente une variante du mode de réalisation de la figure 7, dans laquelle le bassin 1000 présente sous le fond 7000, une conduite ou réseau de conduites 9000 permettant une communication entre le fond 7000 du bassin 1000 et le réservoir 4000. Sur la figure 8, la conduite 9000 débouche dans le fond 7000 du bassin 1000 au niveau d'une ouverture 1001 située au niveau de l'extrémité 2001 opposée de la paroi 2000 formant la bouche d'arrivée d'eau.
La conduite 9000 présente l'avantage de permettre la circulation d'un courant généré par la pompe lorsqu'un débit non nul est imposé. La circulation du courant généré se fait du bassin au réservoir, comme montré par les flèches.
La figure 9 représente un système similaire au système de la figure 8, mais donc lequel la bouche d'arrivée d'eau 2000 comprend une structure 10000 en forme de nid d'abeille.
La figure 10 représente un système similaire au système de la figure 9, mais donc lequel la bouche d'arrivée d'eau 2000 comprend la structure 10000 en forme de nid d'abeille et deux conduites superposées 3001, 3002 munies respectivement 5001, 5002. Selon une variante ce système ne comporte pas de nid d'abeille.
La figure 11 représente un système similaire au système des figures 1 et 7 dans lequel le réservoir est en forme d'un deuxième bassin 4001.
Ce deuxième bassin 4001 peut être identique ou différent du bassin 1000 initiale.
L'avantage de ce mode de réalisation est de permettre de générer des vagues et/ou du courant dans les deux bassins. En outre, dans ce mode de réalisation la conduite 3004 comporte une pompe 5003 et des structures en forme de nid d'abeille 10001, 10002 respectivement du côté du bassin 1000 initial et du côté du deuxième bassin 4001. Néanmoins, ces structures en forme de nid d'abeille 10001, 10002 sont optionnelles.
De la même manière, on peut avoir plusieurs conduites munies chacune d'une pompe et qui sont disposée l'une à côté de l'autre et/ou superposées.
On peut également prévoir que la ou les conduites, soi(en)t inclinée (s) vers un des deux bassins 1000, 4001. Bien évidemment pour tous les modes de réalisations présentés, il est possible de générer du courant en plus de la génération de vagues.
Un deuxième exemple de réalisation d'un système de génération de vagues selon l'invention est représenté par la figure 2. Ce système est identique au système précèdent sauf en ce qui concerne la source d'approvisionnement de la pompe. Au lieu d'avoir un réservoir, l'approvisionnement de la pompe 15 se fait directement dans le bassin 10. Cet approvisionnement se fait par une conduite 19 via une ouverture 11 qui se trouve au fond du bassin. Pour ne pas perturber la génération de vagues dans le bassin, il est préférable que cette ouverture soit le plus loin possible de la bouche d'arrivée d'eau 12. Il est également préférable que cette ouverture ait une forme évasée. Cette ouverture 11 peut aussi être remplacée par plusieurs petites ouvertures au fond du bassin 10 reliées à la conduite 19.
La figure 3 représente une variante du mode de réalisation de la figure 2. Dans ce cas la bouche d'arrivée d'eau 22 est montée flottante par coulissement le long d'une colonne de guidage verticale 31. Cet agencement permet de générer un écoulement oscillant proche de la surface de l'eau. Cet agencement permet également d'éviter la prise d'air lorsque la pompe fonctionne en aspiration puisque la bouche d'arrivée d'eau 22 suit la baisse et la montée du niveau d'au de la vague, c'est-à-dire le passage d'une crête à un creux. Pour améliorer encore plus le système de génération de vagues, la pompe 25 est montée en amont de la bouche d'arrivée d'eau sur un support 32 se trouvant au dessus du niveau de l'eau. La pompe 25 est reliée à la bouche d'arrivée d'eau 22 par une conduite souple 30. Les autres éléments de ce système de génération de vagues sont inchangés par rapport au système de la figure 2. Le fonctionnement de la pompe reste également identique aux deux exemples précédents. Récupération d' énergie des vagues
Un exemple de système de récupération d'énergie des vagues 100 en mer est représenté par la figure 4. Ce système comporte une bouche d'arrivée d'eau 101 comprenant une conduite 102 à reliée à un réservoir 103. Cette conduite 102 comporte un couple pompe/turbine 104 piloté de manière à générer efficacement une énergie électrique à partir de l'énergie cinétique des vagues. La bouche d'arrivée d'eau est positionnée dans une structure étanche 105, par exemple le mur d'une digue. Un convergent 106 ayant des parois inclinées est positionné sur cette structure étanche 105 à l'entrée de la bouche d'arrivée d'eau de manière à converger le flux d'eau vers l'entrée de cette bouche d'arrivée d'eau, ce qui a pour effet d'accélérer l'écoulement. Pour optimiser le rendement de la turbine, la pompe est pilotée de manière à produire une perte de charge proportionnelle à l'accélération afin de réduire l'inertie apparente de l'eau contenue dans le réseau de conduites. Pour ce faire, un capteur 107 positionné dans la conduite mesure la vitesse de l'écoulement de façon continue. La figure 5 représente un deuxième mode de réalisation d'un système de récupération d'énergie des vagues selon l'invention. Ce système est identique au système de la figure 4, sauf en ce qui concerne l'évacuation d'eau et l'approvisionnement de la pompe. Au lieu d'avoir un réservoir, l'évacuation d'eau lorsque la pompe est aspirante et l'approvisionnement de la pompe lorsqu'elle est en mode refoulement, ce font par une conduite 108 via une ouverture 109 dans la structure étanche 105. Il préférable que cette ouverture 109 soit le plus profond possible pour éviter de perturber les mesure du capteur 107. Il est également préférable de faire déboucher cette conduite plus au large, c'est-à-dire, le plus loin possible du capteur. La figure 6 représente un système de récupération d'énergie des vagues selon l'invention utilisable en grande profondeur. Dans ce système, la bouche d'arrivée d'eau 200 est montée sur un flotteur 201 maintenu en position par des lignes d'ancrage 202. La bouche d'arrivée d'eau 200 est liée à une conduite
203 émergée dans l'eau à une profondeur suffisante, par exemple de 50m au dessous du niveau de l'eau. Celle-ci se termine par une ouverture en forme de convergent 204. Une structure solide 205, solidaire de la structure 201, sert au maintient de la conduite 203. De la même manière que pour les modes de réalisations décrits en référence aux figures 4 et 5, le couple pompe/turbine 206 coopère avec un capteur 207 positionné en amont de la bouche d'arrivée d'eau 200. Le pilotage de ce système reste également identique aux systèmes des figures 4 et 5. Optionnellement ce système comporte aussi un convergent positionné à l'entrée de la bouche d'arrivée d'eau pour concentrer l'écoulement d'eau à l'entrée de cette bouche d' arrivée d'eau 200.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de génération de vagues dans un bassin, comprenant, au niveau d'au moins une paroi dudit bassin, au moins une bouche d'arrivée d'eau reliée à une source d'approvisionnement par un réseau de conduites, ledit réseau de conduites comportant au moins une pompe apte à échanger de l'eau alternativement de la source d'approvisionnement vers le bassin et inversement, ladite pompe étant pilotée de manière à générer au niveau de la bouche d'arrivée d'eau un débit oscillant orienté alternativement vers le bassin puis vers la source d'approvisionnement caractérisé en ce que l'approvisionnement de la pompe en eau se fait à partir d'un réservoir à l'air libre situé en amont de ladite bouche d'arrivée d'eau.
2. Système de génération de vagues selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit débit oscillant a une moyenne non nulle.
3. système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu' il comporte aussi un convergent ayant des parois inclinées, placé en sortie de la bouche d'arrivée d'eau.
4. Système de génération de vagues selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bouche d'arrivée d'eau est inclinée d'un angle alpha par rapport au fond du bassin.
5. Système de génération de vagues selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sortie de la bouche d'arrivée d'eau est pourvue d' une structure en forme d'un nid d'abeille.
6. Système de génération de vagues selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bassin comporte une extrémité opposée à la paroi comprenant la bouche d'arrivée d'eau, et en ce que le réservoir à l'air libre est relié à l'extrémité opposée par un deuxième réseau de conduites.
7. Système de génération de vagues selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir à l'air libre consiste en un deuxième bassin.
8. Système de génération de vagues selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs bouches d'arrivée d'eau placées les unes au-dessus des autres.
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