FR2624991A1 - Procede et installation de regulation de niveau dans un reservoir par pompage a cout energetique variable - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de régulation de niveau de remplissage de liquide dans un réservoir à vidange variable, pour distribution d'eau ou analogue, le remplissage s'effectuant par pompage avec des coûts d'énergie de pompage susceptibles de prendre au moins deux valeurs correspondant à des périodes de temps HC, HN, HP prédéterminées, la régulation de niveau s'effectuant en enclenchant le pompage dès que le niveau du liquide dans le réservoir est descendu d'un degré déterminé au-dessous d'un niveau de consigne NC, NN, NP et en déclenchant le pompage dès que le niveau du liquide dans le réservoir est remonté d'un degré déterminé au-dessus du niveau de consigne. Selon l'invention, le procédé comprend les étapes consistant à abaisser le niveau de consigne lors du passage à une période de temps HN, HP à coût d'énergie plus élevé que la précédente et à relever le niveau de consigne lors du passage à une période de temps HC; HN à coût d'énergie plus faible. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé.

Description

La présente invention a trait d'une façon générale à la gestion de niveau dans un réservoir pour distribution d'eau ou analogue, et concerne plus particulièrement un procédé et une installation de régulation de niveau par pompage permettant l'optimisation du remplissage d'un tel réservoir en fonction des variations au cours du temps du coût énergétique du pompage, afin d'obtenir le meilleur rapport coût/volume produit.

On connaît déjà dans la technique antérieure des systèmes de régulation de niveau pour réservoirs d'eau de consommation et analogue qui tiennent compte de la cor sommation prévisionnelle pour déterminer à tout instant le niveau de consigne que l'on doit maintenir dans le réservoir, par pompage à partir d'une source inférieure, pour faire face sans incident aux pointes de consommation qui interviennent à certains moments de la journée, et notamment sans que la capacité de relevage totale des moyens de pompage devienne insuffisante pour faire face à ces pointes.

Mais jusqu'à présent, aucun des sytèmes ne tenaient compte du paramètre consistant en un coût d'énergie par unité de temps variable, pour faire fonctionner les moyens de pompage. Par exemple, certains services ou sociétés de distribution d'énergie électrique proposent des tarifs variables selon l'heure de la journée, et notamment des tarifs dits "heures de pointe","heures pleines" et "heures creuses" qui présentent entre eux des différences substantielles, et il en résulte des coûts de fonctionnement très variables pour les moyens de pompage associés au réservoir selon l'heure à laquelle ils sont utilisés.

Ainsi, la présente invention a pour premier objet de proposer un procédé et une installation qui permettent d'optimiser le remplissage en tenant compte à la fois de la consommation d'eau attendue et de ces coûts énergétiques variables, pour ainsi obtenir un prix de revient par unité de volume produite aussi faible que possible.

Un autre objet de l'invention est de proposer, en restant dans les limites d'une telle optimisation, une gestion de niveau dans le réservoir offrant un marnage approprié de celui-ci.

A cet effet, la présente invention concerne un procédé de régulation de niveau de remplissage de liquide dans un réservoir à vidange variable, pour distribution d'eau ou analogue, le remplissage s'effectuant par pompage avéc des coûts d'énergie de pompage susceptibles de prendre au moins deux valeurs correspondant à des périodes de temps prédéterminées, la régulation de niveau s'effectuent en enclenchant le pompage dès que le niveau du liquide dans le réservoir est descendu d'un degré déterminé au-dessous d'un niveau de consigne et en déclen- chant le pompage dès que le niveau du liquide dans le réservoir est remonté d'un degré déterminé au-dessus du niveau de consigne, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à abaisser le niveau de consigne lors du passage à une période de temps à coût d'énergie pus élevé que la précédente et à relever le niveau du consigne lors du passage à une période de temps à coût d'énergie plus faible.

Des aspects préférés du procédé de l'invention sont les suivants :
- le remplissage s'effectue à l'aide d'une pluralité de groupes de pompage en parallèle, enclenchables et déclenchables individuellement, et la régulation de niveau s'effectue par enclenchement ou déclenchement en cascade des groupes de pompage, selon que le niveau du liquide est situé au-dessous ou au-dessus de deux seuils respectifs encadrant le niveau de consigne instantané, avec une temporisation entre deux enclenchements ou déclenchements successifs.

- lesdits seuils délimitent entre eux une tranche de régulation dont la hauteur suit approximativement la relation :
hT (m) : Qr 1
n 4S où Qr est le débit d'un groupe de pompage (m3/h)
n est le nombre maximal autorisé d'enclenchements
par heure d'un groupe de pompage.

S est la section du réservoir au niveau de consigne
considéré;
- il comprend en outre une étape de vidange forcée consistant à arrêter le pompage, avant le passage à une période de temps de coût d'énergie minimal pendant une durée de vidange de consigne telle que le niveau du liquide dans le réservoir à l'instant de ce passage soit descendu jusqu'au voisinage du niveau de consigne correspondant à une période de temps de coût d'énergie maximal;
- après l'écoulement de ladite durée de consigne, cette dernière est modifiée en fonction de la durée de vidange réelle mesurée ou estimée en vue d'une étape de vidange forcée ultérieure;
- pendant ladite étape de vidange forcée, on fixe .le niveau de consigne à celui correspondant à une période de temps de coût d'énergie maximal;;
- on fixe le niveau de consigne en fonction de signaux d'asservissement d'un réseau de distribution d'énergie électrique utilisé pour le pompage;
- il existe trois niveaux de consigne correspondant respectivement à trois états desdits signaux, respectivement "heures creuses", "heures pleines" et "heures de pointe", correspondant à trois coûts d'énergie croissants.

L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé-caractérisée en ce qu'elle comprend
- un réservoir possédant dans sa région in férieure un conduit de vidange de liquide par gravité
- une pluralité de groupes de pompage montés en parallèle entre une arrivée de liquide et un conduit d'alimentation en liquide débouchant dans la région supérieure du réservoir;
- un automate de commande;
- un capteur de niveau délivrant à l'automate un signal représentatif du niveau de liquide dans la cuve;;
- une source d'énergie électrique alimentant les groupes de pompage et délivrant des signaux représentatifs d'au moins deux coûts horaires de l'énergie électrique,
- l'automate effectuant une régulation de niveau du liquide dans le réservoir autour d'un niveau de consigne fixé en fonction desdits signaux représentatifs de coûts horaires, le niveau de consigne étant d'autant plus bas que le coût horaire instantané est élevé et réciproquement.

Des aménagements préférés de l'installation selon l'invention sont les suivants
- elle comprend en outre un détecteur de surverse placé à proximité du niveau de débordement du réservoir,
- elle comprend en outre un détecteur de réserve incendie placé dans le réservoir à une hauteur correspondant à un volume minimal donné de réserve,
- le capteur de niveau est situé approximativement au même niveau que le détecteur de réserve incendie,
- les signaux sont représentatifs de trois coûts horaires distincts associés à trois niveaux de consigne , le niveau de consigne le plus bas est situé légèrement au-dessus du détecteur de réserve incendie et le niveau de consigne le plus haut est situé légèrement au-dessous du détecteur de surverse,
- l'automate comprend des moyens permettant de fixer, outre un niveau de consigne, un nombre maximal de groupes de pompage enclenchables simultanément en fonction des signaux représentatifs de coût horaires.

D'autres aspects et avantages de la présente invention apparaitront mieux à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels
- la figure 1 est une vue d'ensemble d'une installation dans laquelle est mis en oeuvre le procédé de l'invention;
- les figures 2a, 2b, 2c sont des courbes de niveau de liquide en fonction du temps destinées à expliquer un aspect particulier dela présente invention,
- la figure 3 est une courbe de niveau de liquide en fonction du temps sur une journée illustrant l'ensemble des aspects de l'invention; et
- la figure 4 est une courbe de niveau de liquide en fonction du temps illustrant un autre aspect particulier de la présente invention.

En référence tout d'abord à la figure 1, on a représenté schématiquement une installation, par exemple pour l'alimentation d'un réseau de distribution d'eau potable, qui comprend un réservoir 100 muni d'un conduit 102 de sortie par gravité vers le réseau, un ensemble de pompage 110 alimenté en énergie par le réseau électrique 130, qui est monté entre une arrivée d'eau 120, issue par exemple d'une station d'épuration, et un conduit 104 d'alimentation du réservoir 100, débouchant dans la partie supérieure de ce dernier.

L'ensemble de pompage 110 comprend quatre groupes de pompage 111,entratnés chacun par un moteur électrique 112 relié au réseau 130 par l'intermédiaire d'un relais individuel 113, et montés en parallèle.

Schématiquement, le fonctionnement des quatre groupes de pompage est commandé par une unité de commande de pompage 140 qui possède quatre sorties commandant les quatre relais 113 et qui présente notamment les fonctionnalités suivantes
- enclenchement et déclenchement des quatre groupes en cascade, à l'aide d'une temporisation à la suite de l'enclenchement ou du déclenchement d'un groupe, pendant laquelle on détermine, en fonction du sens de variation subséquent du niveau dans la cuve 100, la nécessité d'enclencher ou de déclencher le groupe suivant
- permutation automatique du pompage, soit pendant que tous les groupes sont arrêtés, soit en cas de défaut constaté sur un groupe, ce qui permet une répartition du temps de fonctionnement entre les divers groupes et les secours automatique sur défaut de fonctionnement.

Enfin, conformément à l'invention, on trouve un automate numérique de gestion 200 qui a pour premier objet d'optimiser l'utilisation du pompage en fonction d'une part, des coûts de fonctionnement des pompes, déterminés comme on va le voir ci-dessous par différents tarifs horaires de l'énergie électrique fournie par le réseau 130 et, d'autre part, de la consommation attendue sur le réseau de distribution, déterminant le débit de vidange.

L'automate 200 comprend un clavier d'entrée de données et de programmation 202, un dispositif de visualisation 204 et un certain nombre d'entrées et de sorties.

Principalement, on trouve une entrée 206 pour le signal analogique délivré par un capteur de pression 106 situé en bas de la cuve 100, le signal délivré étant représentatif au niveau d'eau dans la cuve et étant par exemple converti en une valeur numérique dans l'automate 200, à l'aide d'un convertisseur analogique/numérique, une entrée 207 pour un signal "tout ou rien" issu d'un détecteur de surverse 107 situé dans la partie supérieure de la cuve 100, et une entrée 208 pour un autre signal "tout ou rien" issu d'un détecteur 108 situé plus bas dans la cuve, à un niveau correspondant à la réserve dite "incendie", niveau au-dessus duquel l'eau doit impérativement rester afin de pouvoir faire face à tout instant à une forte demande en eau due par exemple à une intervention sur un incendie.

Une entrée 210 de l'automate reçoit le signal d'asservissement dit "heures creuses" (HC) présent sur une borne 132 de l'arrivée du réseau électrique 130, tandis qu'une autre entrée 212 reçoit le signal d'asservissement dit n heures de pointe" présent sur une autre borne 134 du réseau 130.

Enfin, l'automate 200 possède deux sorties 220, 222 qui sont appliquées à l'unité de commande de pompage 140 et qui d'une part, indiquent le nombre maximal de groupes de pompage qui peuvent être enclenchés simultanément et,d'autre part, déterminent la mise en route (enclenchementl et l'arrêt (déclenchement) du pompage.

Bien entendu, l'automate 200 et l'unité de commande de pompage 140 forment dans la pratique un tout fonctionnel, avec notamment une interconnexion entre la commande en cascade des divers groupes de pompage et les données relatives aux divers niveaux de consignes et au niveau réel dans la cuve.

Comme on l'a indiqué plus haut, l'invention a pour objectif premier de proposer une exploitation optimisée de réservoir d'eau ou analogue, avec la possibilité de modifier les paramètres en fonction de la configuration du site.

Les principales caractéristiques du procédé d'optimisation sont indiquées ci-dessous, en référence aux figures 2a à 2c, 3 et 4.

Dans la journée, l'automate 200 effectue une régulation de niveau sur des niveaux de -consigne bien déterminés, comme on va le voir en détail plus loin (périodes A à H sur la figure 3).

Selon un aspect particulier de l'invention, afin de diminuer globalement le coût de fonctionnement du pompage, et en particulier d'utiliser le pompage au maximum pendant les heures dites "creuses", pendant lesquelles le coût de l'énergie électrique est minimal, on réalise la vidange automatique du réservoir (période I) avant le début de la période "heures creuses" (périodes
J et A). Ceci a pour autre avantage d'assurer un marnage quotidien du réservoir, pendant lequel ce dernier "respire", ce qui améliore la qualité de l'eau desservie.

Cette vidange automatique est obtenue par l'arrêt total du pompage à un instant déterminé avant le passage en heures creuses au temps THC, soit 22h sur la figure 3 , la durée de vidange tvc étant calculée à partir des données de consommation relevées la veille à la même période, ou encore relevées sur une période de plusieurs jours précédents, afin d'atteindre un niveau minimal prédéterminé juste à l'instant THC
Le pompage peut alors être enclenché, d moins dre coût, pour ramener le niveau de l'eau à un autre niveau de consigne, plus élevé, prédéterminé.

Selon un autre aspect essentiel de l'invention, on affecte à chaque période tarifaire un niveau de consigne prédeterminé de l'eau dans le réservoir, ainsi qu'un nombre de groupes de pompage, compris ici entre 0 et 4, pouvant être utilisés simultanément, ce nombre étant choisi en fonction notamment du débit de vidange maximal auquel on peut s'attendre pendant la période considérée et modifié automatiquement à chaque changement de période tarifaire.

Dans le présent exemple, il existe sur le réseau électrique trois niveaux de tarifs, à savoir le tarif minimal "heures creuses" (HC), correspondant à la période nocturne allant de 22h à 6h, le tarif normal "heures pleines" (HN) correspondant à trois périodes déterminées de la journée (6h-9h; 11h-18h; 20h-22h), et le tarif maximal "heures de pointe" (HP) correspondant à deux périodes (9h-11h et 18h-20h).

Et trois niveaux de consigne NC, NN et NP sont affectés à chacun de ces tarifs, comme le montre la figure 3 (niveaux de consigne instantanés indiqués en traits gras). Conformément à l'invention, la valeur du niveau de consigne pour une tranche horaire donnée est d'autant plus faible que le tarif de l'énergie pendant cette tranche est élevé, et réciproquement.

Comme le montre en détail la figure 4, le maintien du niveau réel au voisinage du niveau de consigne s'effectue avantageusement par l'emploi d'un seuil supérieur Ss et d'un seuil inférieur S. encadrant le niveau de consigne N et définissant avec lui deux demi-tranches de régulation.

Lorsque le seuil supérieur Ss est dépassé, l'un des groupes de pompage est d'abord immédiatement arrêté (instant t1) puis après temporisation, un autre groupe de pompage est également déclenché (instant t2) çi le niveau réel à cet instant est encore situé au-dessus du seuil Ss, , et ainsi de suite. On effectue ainsi un déclenchement en cascade de tout ou partie des groupes de pompage préalablement enclenchés, qui évite notamment les démarrages simultanés et/ou trop fréquents et apporte.ainsi une souplesse d'utilisation appréciable.

Pour le franchissement en vidange du seuil inférieur Si, le processus est symétrique: L'enclenchement du premier groupe (ou d'un groupe supplémentaire si un ou plusieurs groupes sont déjà enclenchés) est immédiat (instant t,) dès le franchissement du seuil inférieur, puis le cas échéant le ou les autres groupes sont enclenchés en cascade (instant t4), avec temporisation entre enclenchements, pour permettre à nouveau le remplissage du réservoir.

On effectue ainsi le maintien du niveau réel au voisinage du niveau de consigne N prédéterminé.

Comme on l'a indiqué brièvement plus haut, la durée de consigne de la vidange automatique (période
I) avant heures creuses est ajustée automatiquement par l'automate 200 en fonction par exemple de la consommation relevée la veille à la même période, le but étant d'atteindre le niveau minimal dans le réservoir au moment précis où l'on atteint les heures creuses (instant THC).

Lorsque ce but est atteint, c'est-à-dire lorsque la durée de vidange réelle est approximativement égale à la durée de vidange de consigne, la même durée de vidange est conservée pour le lendemain. Il s'agit du cas de figure illustré sur la figure 2a.

Mais en pratique, les écarts de consommation d'un jour à l'autre se traduisent fréquemment par le fait que la durée de vidange qui a été choisie est soit trop longue, soit trop courte par rapport à la durée réelle.

Le premier cas, qui reflète une augmentation de la consommation par rapport à la veille , est illustré sur la figure 2b. Il est désavantageux en ce qu'il est alors nécessaire d'effectuer une régulation consommatrice d'énergie (période R) pendant les heures pleines HN.

Dans ce cas, en vue de la vidange automatique du lendemain, l'automate soustrait de la durée de vidange de consigne mémorisée tvc le temps t r pendant lequel on a effectué une régulation.

Ainsi, si la consommation est la même le lendemain, le niveau de consigne minimal (niveau de pointe
NP) sera bien atteint au moment du passage en heures creuses.

Le second cas (figure 2c) reflète une diminu tion de la consommation par rapport à la veille, il en résulte que l'on a inutilement régulé trop longtemps en heures pleines, et qu'en conséquence le niveau de consigne pointe n'a pas été atteint au passage en heures creuses, mais un niveau
Nr > NP a été atteint.

Dans ce cas, il est nécessaire de corriger la valeur courante de tvc à l'aide d'un terme correcteur qui, par la nature même de l'erreur, ne peut être déter miné avec précision.

Cependant, deux types de correction estimée peuvent être envisagés.

La première consiste à ajouter à la durée tvc courante une durée constante t n de n minutes, avec par exemple n = 15. Elle présente l'avantage d'une grande simplicité de mise en oeuvre.

La seconde correction possible consiste à calculer tout d'abord l'erreur absolue ter, obtenue par extrapolation de la courbe de vidange réelle assimilée à une droite.

Nr - NP
On démontre aisément que ter = NN - Nr . tvc,
- NN - Nr ' vc et que sa valeur peut être obtenue aisément par un calcul effectué par l'automate, qui a connaissance de la durée tvc courante et des diverses données de niveau en présence.

La nouvelle durée de vidange de consigne est obtenue en ajoutant ter à la durée de consigne courante tvc.

On va indiquer ci-dessous divers éléments pour la mise en oeuvre pratique de la présente invention, en ayant à l'esprit l'objectif premier de celle-ci consistant à obtenir, dans le cadre ci-dessus défini, le meilleur coût de revient par mètre cube produit.

Le capteur de pression 106,-fournissant à sa sortie une donnée analogique représentative du niveau d'eau dans la cuve, est de préférence placé à la hauteur du niveau d'eau correspondant à la réserve incendie (couramment 120 m3), niveau en deçà duquel l'eau, en temps normal, ne descend pas.

On obtient ainsi une exploitation optimale de la plage d'utilisation du capteur et la possibilité de gérer par un seul capteur toute la gamme de niveaux possibles.

Le détecteur 108 de réserve incendie, mentionné au début de la description, n'est normalement pas utilisé par l'automate dans son fonctionnement de régulation tel que décrit ci-dessus, mais permet un fonctionnement de secours du système de régulation de niveau, en mode dit "dégradé" (électromécanique), lorsque les fonctions de régulation électronique sont hors-service ou encore si le capteur 106 devient hors gamme. De préférence, on laisse entre le niveau réel de la réserve incendie et la hauteur du détecteur 108 un intervalle de sécurité, correspondant par exemple 1/100e de la hauteur maximale de l'eau dans le réservoir, pour permettre, en mode de secours, l'enclenchement temporisé, en cascade des divers groupes de pompage sans risque d'atteindre la réserve incendie.

La hauteur des demi-tranches de régulation mentionnées plus haut (Si-N et N- S5 sur la figure 4), dans lesquelles est assuré le maintien du niveau réel dans le réservoir ou voisinage du niveau de consigne courant, peut également être calculée en fonction d'exigences particulières.

Par exemple, on peut la déterminer en fonction d'un nombre maximal autorisé d'enclenchements d'un même groupe de pompage pendant un temps donné (par exemple 6 enclenchements/heure) en se plaçant dans les conditions les plus défavorables, c'est-à-dire d'une part, à une hauteur du réservoir où sa section est la plus faible (car des réservoirs coniques), et, d'autre part, dans la situation où un seul groupe suffit à maintenir le niveau d'eau à la valeur de consigne courante.

On peut démontrer en outre que, en supposant le débit de vidange Qv constant, le nombre d 'enclenchements du groupe de pompage considéré est maximal lorsque le débit de pompage Q r est égal au double du débit de vidange.

Des calculs qu'il n'est pas nécessaire de reproduire ici afin d'éviter d'alourdir la description, montrent que, dans les conditions ci-dessus, la hauteur h T (distance entre Si et S5) de la tranche de régulation répond avantageusement à l'équation suivante T Qnr. 4 S où . Qr est le débit de pompage d'un groupe, en m2/h; n n est le nombre maximal autorisé d'enclenchements
par heure du groupe de pompage; et S S est la section du réservoir au niveau de consigne
considéré.

Le niveau de consigne pointe NP est déterminant car il constitue l'objectif que se fixe la vidange automatique avant heures creuses telle que décrite plus haut. Ainsi, plus il est bas, plus la durée de vidange - ne faisant intervenir aucun pompage-est longue et plus importantes sont les économies réalisées.

Afin de permettre que la régulation de niveau par demi-tranche, comme on l'a vu plus haut, déborde en deçà de la demi-tranche inférieure, il est cependant nécessaire de fixer le niveau de consigne NP de telle sorte que le seuil inférieur Si de la demi-tranche de régulation inférieure soit situé à une certaine hauteur, par exemple choisie égale à la hauteur de la demi-tranche, éventuellement complété d'une sécurité supplémentaire (égale par exemple à 2/100e de la hauteur maximale de l'eau dans le réservoir), au-dessus de la réserve incendie (correspondant à la cote du capteur analogique 106).

On peut noter ici que, pendant la période de vidange automatique avant heures creuses, il peut exister deux types de périodes tarifaires, par exemple une période "heures pointe" (HP) suivie d'une période "heures pleines" (HN). Dans ce cas, l'automate est programmé de telle sorte que, pendant la vidange automatique, aucun gros pe ne puisse être enclenché tant que le niveau de pointe
NP n'est pas atteint. En outre, si le niveau NP est atteint avant le début de la période "heures creuses alors il est effectué une régulation, avec le nombre de groupes autorisé en heures pleines, au niveau de consigne pointe NP, le plus bas. En d'autres termes, le niveau de consigne NN propre aux "heures pleines" HN est provisoirement ignoré.

En ce qui concerne le niveau de consigne NN des tranches horaires "heures pleines" HN, ilest calculé par exemple de manière à ce que, pendant une durée déterminée à débit de vidange maximal (par exemple deux heures au débit de pointe du midi), le niveau dans le réservoir ne risque pas de descendre en-dessous du niveau de consigne bas NP.

Bien entendu, le niveau de consigne NN peut être placé plus haut dans le réservoir sans conséquence sur le coût global d'exploitation, mais ceci se traduira nécessairement par une durée de vidange automatique plus longue, avec en conséquence une moindre précision dans la détermination de la durée de vidange de consigne, ce qui peut être préjudiciable.

Le détecteur de surverse 107 (figure 1), n'entrant pas en jeu dans le fonctionnement normal de l'automate, peut être utilisé comme sécurité dans le mode de fonctionnement dégradé de l'automate, par exemple én cas d'avarie sur l'information analogique reçue du capteur 106.

De même que pour le détecteur de réserve incendie, ce détecteur doit être situé à une certaine distance, égale par exemple à 1/100e de la hauteur maximale de l'eau dans le réservoir, au-dessous du niveau de surverse, afin de laisser à la commande temporisée en cascade des groupes de pompage le temps de réagir.

En ce qui concerne le niveau de consigne NC correspondant aux heures creuses, il doit être situé le le plus haut possible dans le réservoir, en laissant cependant une sécurité (par exemple la hauteur d'une demi-tranche de régulation) entre le seuil supérieur Ss de la demi-tranche de régulation supérieure et le niveau du détecteur de surverse 107, ceci afin de laisser un temps de réaction suffisant au système de commande temporisée en cascade des groupes de pompage pour réagir.

De nouveau en référence à la figure 3, on va décrire le déroulement du procédé selon la présente invention sur une journée en cycle "hiver".

Sur cette figure, les niveaux de consigne théoriques correspondant aux diverses périodes tarifaires sont indiqués en gras. On observe que, conformément à l'invention et comme indiqué en détail ci-dessus, plus le coût horaire de l'énergie dans une tranche est élevé, plus le niveau de consigne est bas, et ré-ciproquement.

Jusqu'à 6h du matin (période tarifaire creuse HC), le niveau dans le réservoir est maintenu au voisinage du niveau de consigne supérieur NC), par la régulation de niveau par demi-tranches telle que décrite plus haut (période A).

Le passage en période heures "pleines" ou normales HN, indiqué à l'automate par changement d'état de son entrée 210, provoque le changement du niveau de consigne, qui passe à NN. Une interruption du pompage de régulation est alors induite, qui provoque le passage du niveau réel jusqu'au voisinage de cette consigne (période B), puis la régulation du niveau autour de celle-ci (période C), ici encore selon le principe décrit plus haut.

De même, à 9h, le passage en période de pointe HP amène le niveau de consigne à NP, ce qui provoque l'arrêt du pompage pour faire tendre le niveau réel vers cette consigne (période D). En l'espèce, le débit moyen de vidange est insuffisant pour atteindre le niveau NP, mais un débit de vidange plus élevé pourra amener le niveau réel à cette consigne auquel cas une régulation sera effectuée autour de NP.

On remarque d'ores et déjà que le procédé de régulation de niveau de la présente invention a pour résultat, à chaque passage à une tranche horaire plus coûteuse en énergie, l'existence d'une période (période
B ou D) plus ou moins longue pendant laquelle le pompage est totalement arrêté, ce qui se traduit par des économies.

A 11h, le passage en heures pleines provoque un pompage essentiellement continu, à l'aide d'un nombre de groupes prédéterminé, jusqu'à la consigne NN (période
E) puis la régulation autour de ce niveau (période F).

Le passage en heures de pointe à 18h permet à nouveau l'arrêt total du pompage pour faire tendre le niveau réel vers le niveau de consigne bas NP(période G) puis la reprise de celui-ci à 20h (heures pleines) pour tendre vers le'nouveau niveau de consigne NN (période H).

Cependant, comme on l'a décrit plus haut, à un instant (passage de la période H à la période I) déterminé par la durée de vidange de consigne tvc, le pompage est interrompu et le niveau de consigne NN inhibé pour que la vidange du réservoir amène le niveau réel au niveau NP juste au début de la période creuse (instant THC, ici 22h) (période I).

Puis en période creuse, à coût horaire d'énergie minimal, le niveau est ramené à la consigne haute NC.

Ainsi l'invention permet à chaque transition entre deux tranches horaires, soit d'obtenir une interruption du pompage pendant tout ou partie de la tranche seconde lorsque l'énergie y est plus coûteuse, soit de reporter sur la tranche seconde un pompage à effectuer, lorsque l'énergie y est moins coûteuse.

Il est à noter que la mise en oeuvre de l'invention sans la période de vidange avant heures creuses, qui se traduirait par la courbe de niveaux représentée en traits pointillés sur la figure 3,reste néanmoins à l'origine d'économies substantielles.

Bien entendu, l'automate 200, comme on l'a indiqué plus haut, est conçu pour pouvoir être paramétré par l'exploitant en fonction de l'environnement d'exploi tation.

Ainsi, les paramètres principaux sont
- les divers niveaux de consigne en fonction des diverses tranches de tarification de l'énergie nécessaire au pompage, ainsi que la hauteur de la tranche de régulation;
- le nombre maximal de groupes de pompage utilisables dans chaque tranche de tarification (de O à 4),
- la valeur maximale du signal d'entrée du capteur de niveau,
- la durée de temporisation lors de la commande en cascade de groupes de pompages.

Des paramètres secondaires pourront bien entendu être introduits.

L'automate peut bien entendu présenter des fonctionnalités supplémentaires, comme par exemple
- la commutation en modes hiver et été;
- la télétransmission de la valeur analogique de niveau ainsi que des divers paramètres d'exploitation et des états des divers éléments du système;
- la gestion des défauts, et en particulier le passage automatique en mode de fonctionnement degradé (secours) ,par voie électromécanique, ne faisant intervenir que les détecteurs 107 et 108 et les groupes de pompage;
- le passage sur commande en mode manuel ou dégradé pour entretien ou vérification.

Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation pratique décrite ci-dessus et représentée sur les dessins, mais englobe toute variante ou modification venant à l'esprit de l'homme de l'art.

En particulier, l'invention s'applique à la régulation de niveau dans tout type de cuve, contenant tout type de liquide, dès qu'il existe au moins deux coûts horaires d'énergie (électrique ou autre) différents correspondant à des périodes données.

Enfin, on notera que l'invention s'applique avantageusement quel que soit le nombre de groupes de pompage. Notamment, il peut être prévu un seul groupe.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Procédé de régulation de niveau de remplissage de liquide dans un réservoir à vidange variable, pour distribution d'eau ou analogue, le remplissage s'effectuant.

par pompage avec des coûts d'énergie de pompage susceptibles de prendre au moins deux valeurs correspondant à des périodes de temps (HC, HN, HP) prédéterminées, la régulation de niveau s'effectuent en enclenchant le pompage dès que le niveau du liquide dans le réservoir est descendu d'un degré déterminé au-dessous d'un niveau de consigne (NC, NN, NP) et en déclenchant le pompage dès que le niveau du liquide dans le réservoir est remonté d'un degré déterminé au-dessus du niveau de consigne, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à abaisser le niveau de consigne lors du passage à une période de temps(HN, HP) à coût d'énergie plus élevé que la précédente et à relever le niveau du consigne lors du passade à une période de temps (HC;HN) à coût d'énergie plus faible.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le remplissage s'effectue à l'aide d'une pluralité de groupes de pompage en parallèle, enclenchables et déclenchables individuellement, caractérisé en ce que la régulation de niveau s'effectue par enclenchement ou déclenchement en cascade des groupes de pompage, selon que le niveau du liquide est situé au-dessous ou au-dessus de deux seuils respectifs (Ss, Si) encadrant le niveau de consigne instantané (NC,NN, NP) , avec une temporisation entre deux enclenchements ou déclenchements successifs.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits seuils (S5, Si) délimitent entre eux une tranche de régulation dont la hauteur suit approximativement la relation

Qr 1

hT (m) n . 4s où Qr est le débit d'un groupe de pompage (m3/h),

n est le nombre maximal autorisé d'enclenchements par

heure d'un groupe de pompage,

S est la section du réservoir (100) au niveau de

consigne considéré (m2).

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de vidange forcée consistant à arrêter le pompage, avant le passage à une période de temps (HC) de coût d'énergie minimal, pendant une durée de vidange de consigne (tvc) telle que le niveau du liquide dans le réservoir à l'instant (THC) de ce passage soit descendu jusqu'au voisinage du niveau de consigne (NP) correspondant à une période de temps (HP) de coût d'énergie maximal.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'auprès l'écoulement de ladite durée de consigne (tvc), cette dernière est modifiée en fonction de la durée de vidange réelle (tvr) mesurée ou estimée en vue d'une étape de vidange forcée ultérieure.

6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que, pendant ladite étape de vidange forcée, on fixe le niveau de consigne à celui (NP) correspondant à une période de temps (HP) de coût d'énergie maximal.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on fixe le niveau de consigne en fonction de signaux d'asservissement d'un réseau de dis tri- bution d'énergie électrique (130) utilisé pour le pompage.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il existe trois niveaux de consigne (NC, NN, NP) correspondant respectivement à trois états desdits signaux, respectivement "heures creuses" (HC),"heures pleines" (EN) et "heures de pointe" (HP), correspondant à trois coûts d'énergie croissants.

9. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon lune des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend

- un réservoir (100) possédant dans sa région inférieure un conduit (102) de vidange de liquide par gravité;

- une pluralité de groupes de pompage (111,112) montés en parallèle entre une arrivée de liquide (120) et un conduit (104) d'alimentation en liquide débouchant dans la région supérieure du réservoir;

- un automate de commande (140, 200);

- un capteur de niveau (106) délivrant à l'automate un signal représentatif du niveau de liquide dans la cuve;;

- une source d'énergie électrique (130) alimentant les groupes de pompage et délivrant des signaux (132, 134) représentatifs d'au moins deux coûts horaires de l'énergie électrique,

- l'automate (140, 200) effectuant une régulation de niveau du liquide dans le réservoir (100) autour d'un niveau de consigne (NC, NN, NH) fixé en fonction desdits signaux représentatifs de coûts horaires, le niveau de consigne étant d'autant plus bas que le coût horaire instantané est élevé et réciproquement.

10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un détecteur de surverse (107) placé à proximité du niveau de débordement du réservoir.

11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un détecteur de réserve incendie (108) placé dans le réservoir à une hauteur correspondant à un volume minimal donné de réserve.

12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que le capteur de niveau (106) est situé approximativement au même niveau que le détecteur de réserve incendie.

13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que les signaux (132, 134) sont représentatifs de trois coûts horaires distincts associés à trois niveaux de consigne (NC, NN, NP), en ce que le niveau de consigne le plus bas (NP) est situé légèrement au-dessus du détecteur (108) de réserve incendie et en ce que le niveau de consigne le plus haut (NC) est situé légèrement au-dessous du détecteur (107) de surverse.

14. Installation selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que l'automate comprend des moyens permettant de fixer, outre un niveau de consigne, un nombre maximal de groupes de pompage enclenchables simultanément en fonction des signaux (132, 134) représentatifs de coûts horaires.