FR2853779A1 - Procede et dispositif pour le reglage de la puissance dans une centrale a accumulation par pompage - Google Patents

Abstract

Procédé et dispositif de réglage de puissance dans une centrale à accumulation par pompage, la demande de puissance du réseau (33) étant surveillée et, lors de besoins du réseau, du courant produit par une turbine (8) et un motogénérateur (9) associé est fourni au réseau avec réglage de puissance tandis que, dans le cas d'un surplus de puissance dans le réseau, du courant en est extrait et amené à une pompe (10) pour pomper l'eau d'un réservoir inférieur vers un réservoir supérieur. La turbine fonctionne alors en court-circuit hydraulique avec la pompe et, si la demande diminue jusqu'à une valeur prédéfinie, la pompe est lancée à pleine puissance sans transition, la turbine utilisée à pleine charge avec ensuite réglage de puissance, selon les variations de la demande de puissance somme résultant du fonctionnement à pleine puissance de la pompe suite aux variations du réseau, celle-ci étant arrêtée sans transition lors d'une remontée de demande de puissance au-delà de ladite valeur prédéfinie.

Description

La présente invention concerne un procédé pour le

réglage de la puissance dans une centrale à accumulation par pompage, dans lequel la demande de puissance d'un réseau de distribution d'énergie électrique est surveillée 5 et, lors de besoins en énergie du réseau de distribution, du courant, produit à l'aide d'au moins une turbine et d'un motogénérateur relié à celle-ci, est fourni au réseau de distribution d'énergie électrique avec un réglage de la puissance tandis que, dans le cas d'un surplus de puissance 10 dans le réseau de distribution d'énergie électrique, du courant extrait du réseau de distribution est amené à au moins une pompe pour le pompage d'eau à partir d'un réservoir inférieur jusque dans un réservoir supérieur et, lors d'un tel surplus de puissance, la turbine fonctionne également en 15 court-circuit hydraulique avec la pompe et est réglée en ce qui concerne sa puissance débitée.

D'autre part, l'invention concerne également un dispositif destiné à la mise en oeuvre d'un tel procédé, lequel dispositif comprend au moins une turbine, un moto20 générateur associé à celle-ci et au moins une pompe séparée de la turbine.

On utilise des centrales à accumulation par pompage pour fournir de la puissance électrique à un réseau de distribution d'énergie électrique, à des moments de charge 25 de pointe. Par contre, à des moments de surplus de puissance dans le réseau de distribution d'énergie électrique, de la puissance électrique extraite du réseau peut être utilisée, à l'aide de pompes, pour pomper de l'eau d'un réservoir inférieur jusque dans un réservoir 30 supérieur afin de pouvoir ainsi disposer de nouveau de davantage d'énergie potentielle pour la production de courant lors d'une charge de pointe dans le réseau de distribution. De telles centrales à accumulation par pompage sont largement connues, et on peut se référer à ce 35 sujet, par exemple, à US 4 282 444 A, DE 195 34 786 A et JP 2001271 736 A. Etant donné que l'évolution de la puissance dans un réseau de distribution d'énergie électrique n'est pas régulière et que, bien au contraire, elle varie en partie très rapidement et très fortement, il est indispensable de 5 procéder à un réglage rapide de la puissance dans les centrales, ce qui ne peut être obtenu, en fin de compte, que par des turbines réglables. Par conséquent, aussi longtemps que de la puissance électrique est fournie au réseau de distribution d'énergie électrique, un tel 10 réglage complet est possible, sans aucun problème, à l'aide de turbines à eau classiques, telles que des turbines Pelton ou des turbines Francis. Mais les choses se compliquent lorsque, dans la plage du réglage complet d'une évolution de la puissance du réseau, un réglage est 15 nécessaire dans la plage de puissance négative, c'est-àdire dans la plage dans laquelle la centrale à accumulation par pompage prélève de la puissance électrique à partir du réseau de distribution d'énergie électrique. Dans une telle situation, il a déjà été 20 proposé dans la pratique un court-circuit hydraulique de la turbine et de la pompe, la pompe étant alors entraînée à l'aide du courant fourni par le réseau de distribution d'énergie électrique mais alimentant en partie la turbine avec l'eau provenant du réservoir inférieur, la turbine 25 fournissant alors une puissance électrique réglable en conséquence. Dans ce cas, il est toutefois prévu de ne procéder à une telle commutation du turbinage, o de la puissance électrique est fournie au réseau de distribution d'énergie électrique, au pompage, o de la puissance 30 électrique est extraite du réseau de distribution d'énergie électrique, qu'à des moments prédéfinis de manière plus ou moins fixe, des temps de commutation relativement longs étant nécessaires entre ces modes différents de fonctionnement. En raison de ces temps de 35 commutation entre les modes différents de fonctionnement, cette technique connue à court-circuit hydraulique ne permet en fait aucun réglage véritable de la puissance qui corresponde aux besoins du réglage de la puissance du réseau et, plus particulièrement, il est impossible de régler la totalité de la plage de puissance, depuis une 5 puissance maximale de turbinage sans pompage jusqu'à une puissance maximale de pompage sans turbinage. Il est donc souhaitable de pouvoir prévoir un réglage de la puissance de telle sorte qu'un réglage puisse être obtenu, à une vitesse définie et le plus régulièrement possible, depuis 10 la puissance maximale de turbinage (sans pompage) jusqu'à la puissance maximale de pompage (sans turbinage). Par conséquent, par exemple, dans le cas d'une turbine ayant une puissance de 130 MW et d'une pompe ayant une puissance de - 100 MW, il faut alors qu'un réglage de la puissance 15 soit possible dans la plage comprise entre + 130 MW et - 100 MW, ce qui donne, dans le mode de fonctionnement "à court-circuit hydraulique", la possibilité d'un réglage entre - 100 MW et + 30 MW.

Le but de la présente invention consiste, par 20 conséquent, à proposer un procédé ainsi qu'un dispositif, comme indiqué au début, qui permettent d'exploiter toute l'étendue de la plage de puissance, depuis la puissance maximale de turbinage jusqu'à la pleine puissance de pompage, en tant que puissance de réglage, c'est-à-dire 25 qui permettent un réglage réel de la puissance depuis la plus grande valeur négative de la puissance jusqu'à la valeur positive la plus élevée de la puissance, sans pour autant nécessiter l'utilisation de pompes onéreuses et cependant seulement réglables de manière très limitée, 30 bien au contraire le réglage proprement dit de la puissance pouvant être effectué ici uniquement à l'aide de la turbine.

Le procédé selon la présente invention, du type indiqué au début, est caractérisé en ce que, lors de la 35 détection d'une diminution de la demande de puissance du réseau de distribution d'énergie électrique jusqu'à une valeur prédéfinie, par exemple zéro, la pompe est mise en marche à pleine puissance, sans transition, et la turbine fonctionne à pleine charge avec ensuite un réglage quant à la puissance, en fonction des variations de la demande de 5 puissance somme résultant du fonctionnement à pleine puissance de la pompe en raison des variations du réseau de distribution, et en ce que la pompe est de nouveau arrêtée sans transition, lors d'une remontée de la demande de puissance du réseau de distribution au-delà de la 10 valeur prédéfinie.

D'une manière correspondante, le dispositif selon la présente invention est caractérisé par une unité de réglage et de commande, qui surveille la demande de puissance du réseau de distribution d'énergie électrique 15 et qui règle la puissance de la turbine, cette unité étant conçue pour mettre en marche la pompe, sans transition, lors d'une diminution de la demande de puissance du réseau jusqu'à la valeur prédéfinie, lors de la mise en marche de la pompe, pour faire également fonctionner la turbine à 20 pleine charge et ensuite régler sa puissance et, lors d'une remontée de la demande de puissance du réseau, jusqu'au-delà de la valeur prédéfinie, pour arrêter de nouveau la pompe sans transition.

Grâce à la présente technique, le réglage n'est 25 limité ni à la plage positive du "turbinage" ni à la plage de puissance négative du mode de fonctionnement "à courtcircuit hydraulique", bien au contraire, on peut obtenir une capacité de réglage complet d'une plage de puissance de 100 % (du turbinage à plein rendement jusqu'au 30 pompage à plein rendement) et ceci constitue un avantage essentiel, eu égard à la libéralisation du marché de la fourniture de courant électrique et de la régulation des réseaux, indispensable dans ce contexte. En ce qui concerne ce que l'on appelle le "cadencement du pompage" 35 obtenu de cette manière selon l'invention, on obtiendrait par conséquent, par exemple, l'évolution suivante du réglage. Supposons que le groupe hydroélectrique soit en mode turbinage, c'est-à-dire que de la puissance électrique est fournie au réseau de distribution d'énergie électrique. Si les besoins en puissance dans le réseau 5 diminuent, alors la turbine, de préférence une turbine Pelton, est réglée vers le bas en conséquence quant à la puissance, jusqu'à la puissance zéro, c'est-à-dire jusqu'au moment o il se produit, dans le réseau, à la place d'une demande de puissance, un surplus de puissance; 10 la pompe est alors mise en marche à pleine capacité (puissance - 100 %) et immédiatement après, aussi vite que le permet l'aptitude au réglage, la turbine est utilisée à pleine charge, si bien que la somme de la puissance, provenant du pompage à plein rendement et du turbinage à 15 plein rendement, est égale à zéro. Si le surplus de puissance continue de croître dans le réseau, la turbine est alors ramenée au réglage initial, si bien qu'un réglage peut avoir lieu dans le réseau en fonction des variations rapides, de telle sorte qu'il se produit, par 20 exemple en cas de réglage descendant de la puissance de la turbine, à partir du réseau, une augmentation continue de la puissance absorbée par l'ensemble du groupe hydroélectrique et, lors du réglage vers le haut de la turbine, une puissance absorbée moindre (correspondant à 25 la puissance pompage moins puissance turbinage) . D'autre part, lors de besoins du réseau en puissance, la pompe est arrêtée sans transition et la turbine est réglée en fonction de la demande du réseau. Par conséquent, ce "cadencement de la pompe" prévoit, à la différence du 30 court-circuit hydraulique classique, une capacité complète de réglage d'une plage de puissance de 100 %.

En outre, il va de soi que, pour permettre la mise en marche sans transition de la pompe ainsi que pour obtenir le réglage rapide de la puissance de la turbine, il 35 convient de prévoir des conceptions appropriées de ces éléments constitutifs de l'installation, la pompe devant notamment être équipée d'un carter de pompe qui soit suffisamment résistant à la pression. Plus précisément, la valeur de la résistance à la pression que le carter de pompe doit présenter chaque fois dépend de la conception 5 de la centrale même. De même, il faut prévoir que la conduite d'eau motrice et la chambre d'équilibre, qui est normalement présente dans de telles centrales à accumulation par pompage, présentent une résistance mécanique et une capacité suffisantes en service, afin de 10 résister aux oscillations de pression ou aux augmentations de pression qui se produisent dans la conduite d'eau motrice, et d'empêcher un débordement de la chambre d'équilibre ou l'entrée d'air, c'est-à-dire que les inversions rapides et successives du sens d'écoulement 15 nécessitent aussi une chambre d'équilibre à rendement plus élevé. De manière analogue, il faut également concevoir d'autres éléments constitutifs du groupe hydroélectrique de la centrale avec une capacité suffisante de rendement, par exemple un dispositif de lancement pour la pompe, qui 20 permette la mise en fonction de la pompe dans le court temps de réglage souhaité, c'est-à-dire qui accélère la pompe, dans un temps court correspondant, jusqu'à la vitesse de rotation synchrone et qui l'accouple ensuite au reste du groupe hydroélectrique (turbine, moto25 générateur) . Les vannes du système doivent également être conçues pour une ouverture et une fermeture en un temps court, car il faut éviter des coups de bélier supplémentaires.

En principe, la pompe peut avoir une puissance 30 différente de celle de la turbine, et notamment une plus petite puissance, toutefois il peut être avantageux, pour un réglage symétrique autour d'une valeur zéro en tant que valeur moyenne, que la puissance maximale absorbée par la pompe soit égale à la puissance maximale débitée par la 35 turbine.

Il est en outre avantageux de régler, de façon complémentaire, le refoulement de la pompe à l'aide d'une unité d'étranglement. Grâce à l'utilisation d'un tel réglage par étranglement, par exemple à l'aide d'une vanne en tant qu'unité d'étranglement, on peut en outre obtenir 5 que, par exemple dans une plage de puissance allant de - 50 % à - 100 % (pompage), la mise en fonction de la turbine ne soit pas nécessaire et que, dans une plage de puissance allant de 0 à + 50 % (turbinage), la pompe puisse encore rester accouplée. Cela permet de réduire le 10 nombre des opérations de mise en et hors fonction pour la turbine et pour la pompe. Il est donc avantageusement prévu, selon la présente invention, que le réglage par étranglement puisse être effectué même dans le cas de faibles besoins en puissance du réseau, avec une pompe qui 15 continue de fonctionner.

En ce qui concerne le réglage, il est également avantageux que le temps requis pour atteindre la pleine puissance de la pompe, après sa mise en marche, corresponde sensiblement à la valeur inverse de la vitesse 20 de réglage de la turbine. Par conséquent, si la vitesse de réglage pour la turbine est indiquée en x % par seconde, la pompe atteint alors sa pleine puissance (puissance de - 100 %) en un temps de 100/x secondes (s) . La grandeur x peut être, par exemple, de 5, c'est-à-dire que la vitesse 25 de réglage est alors, par exemple, de 5 %/s, si bien que, en conséquence, la pompe est amenée à la pleine charge en moins de 20 s.

Pour la mise en fonction rapide souhaitée de la pompe, il est par ailleurs avantageux que tous les 30 dispositifs auxiliaires de commande, nécessaires au fonctionnement de la pompe, soient déjà rendus actifs avant que ne soit atteinte la valeur prédéfinie.

Enfin, il est également avantageux que la pompe soit actionnée par une pompe préliminaire, augmentant la 35 pression du côté admission de la pompe. Cela est particulièrement judicieux, lorsque la pompe - qui requiert une pression déterminée d'alimentation (par exemple, de 3 à 5 bars) - ne peut pas être disposée suffisamment bas par rapport au réservoir inférieur.

On va maintenant expliquer la présente invention plus 5 en détail, sur la base d'exemples préférés de réalisation, auxquels l'invention n'est toutefois nullement limitée, et en liaison avec les dessins sur lesquels: la figure 1 montre un schéma d'une centrale à accumulation par pompage; la figure 2 montre un graphique expliquant une évolution habituelle de la puissance dans un réseau sur une durée de 24 heures; la figure 3 montre un détail, à plus grande échelle par rapport à la figure 2, de l'évolution de la puissance 15 dans la plage associée de réglage; la figure 4 montre un graphique de l'évolution de la puissance sur une partie d'une journée, dans le cas d'une centrale connue à court- circuit hydraulique; la figure 5 montre un schéma d'une centrale à 20 accumulation par pompage, dans laquelle la technique selon la présente invention est appliquée; la figure 6 montre une courbe de réglage schématisée pour l'installation selon la figure 5; la figure 7 montre un schéma, semblable à celui de la 25 figure 5, mais une pompe préliminaire étant prévue ici pour l'augmentation de la pression du côté admission de la pompe; la figure 8 montre une courbe de réglage correspondant à l'agencement selon la figure 7, et semblable à la 30 représentation de la figure 6; la figure 9 montre un graphique d'une partie de l'évolution de la puissance, dans les limites de la plage de réglage, lors de l'utilisation de la technique selon l'invention; et la figure 10 montre un graphique, semblable à la figure 9, mais avec des paramètres différents.

La figure 1 représente, d'une manière tout à fait schématique, une installation de centrale à accumulation par pompage 1 selon le principe connu, dans laquelle l'eau, provenant d'un réservoir supérieur (bassin de 5 retenue) 2 est acheminée jusqu'à la centrale 6, par l'intermédiaire d'une galerie en charge 3, à laquelle est associée une chambre d'équilibre 4, ainsi que par l'intermédiaire d'un puits sous pression 5. La centrale 6 proprement dite comprend, en tant qu'éléments constitutifs 10 de l'installation, montés sur un arbre 7 commun, au moins une turbine 8, au moins un motogénérateur 9 associé ainsi qu'au moins une pompe 10. La turbine 8 est reliée à un canal d'aval de turbine 11, qui s'étend jusqu'à un réservoir inférieur 12. A partir de ce réservoir inférieur 15 12, une conduite souterraine d'eau 13 mène à une pompe 10, qui est située plus bas que le réservoir inférieur 12 et qui est reliée, du côté écoulement au puits sous pression 5 et aussi à la turbine 8. D'une manière classique, des organes d'arrêt supplémentaires (vannes) prévus, ne sont 20 pas représentés sur la figure 1 pour simplifier.

La figure 2 illustre, à titre d'exemple, l'évolution de la puissance dans un réseau de distribution d'énergie électrique sur une durée de 24 heures. Etant donné que le réseau lui-même ne peut pas stocker de l'énergie, il faut 25 que la puissance, fournie par le réseau au consommateur, soit en équilibre, de manière permanente et précise, avec la puissance produite dans les centrales. Lorsque ce n'est pas le cas, la fréquence se modifie continuellement.

Ainsi qu'il ressort de cette figure, l'évolution de 30 la puissance n'est ni compensée ni régulière, bien au contraire la puissance varie autour d'une valeur moyenne 14, qui elle-même fluctue, dans les limites d'une plage de réglage 15. Ces variations de la puissance ne peuvent être complètement réglées, tout en conservant la fréquence du 35 réseau, et dans le cas de la technique actuelle, qu'avec des turbines rapidement réglables.

La figure 2 indique également qu'il existe une zone de charge de base 16, dans laquelle la puissance électrique est produite par des centrales nucléaires, des centrales au fil de l'eau ou des centrales thermiques à 5 lignite; dans une zone de charge moyenne 17 (zone en pointillés espacés sur le graphique de la figure 2), la puissance électrique est produite par des centrales thermiques à houille ou des centrales à huiles lourdes; dans une zone de charge de pointe 18, qui est représentée 10 par des pointillés serrés, la puissance électrique est fournie par des installations hydroélectriques haute pression et des centrales à gaz.

La figure 3 représente, de façon plus détaillée, l'évolution de la puissance dans la plage de réglage 15, 15 l'évolution réelle 19 de la puissance variant fortement autour de la valeur moyenne 14, ce qui ne doit pas être imputé uniquement à la consommation variable, mais bien davantage au fait que des installations productrices fournissant de l'énergie au réseau, telles que notamment 20 des éoliennes, modifient leur capacité brusquement et de façon non planifiée, ou bien cessent la production à court terme. Par ailleurs, les besoins en puissance 20 prévus sont indiqués, l'étendue nécessaire de la puissance de réglage 21 résultant des déviations de l'évolution réelle 25 19 de la puissance.

Il est donc évident qu'il faut prévoir une compensation pour ces variations qui, comme mentionné précédemment, en dehors de charges brusquement variables dues aux consommateurs, sont également imputables à des 30 puissances non réglables de sources d'énergie, telles que des éoliennes, qui doivent être arrêtées brutalement. A cet effet, il serait envisageable d'utiliser en charge partielle des groupes thermiques ou hydrauliques, de telle sorte que la puissance minimale corresponde à la limite 35 inférieure de la plage de réglage, et que la puissance électrique débitée soit rapidement réglée vers le haut en fonction des besoins. Mais ce mode de fonctionnement aboutit, dans le cas de groupes hydroélectriques, à de fortes pertes de rendement dans la zone de charge partielle et, en ce qui concerne des machines 5 hydrauliques, à une forte consommation d'eau et à la fourniture d'une énergie de bande insuffisante. Le point de fonctionnement (point zéro) de la centrale devrait, par conséquent et de façon idéale, se situer au milieu de la plage de réglage. De cette manière, la totalité de la 10 plage de réglage est exploitée et, au total, il y a exactement autant d'énergie fournie que d'énergie reçue.

Les turbines hydrauliques sont, en elles-mêmes, très bien adaptées à des tâches de réglage rapides, dans la plage de puissance positive. Un surplus de puissance dans 15 le réseau peut être recueilli par des pompes. De telles pompes, dans des installations d'accumulation par pompage, ne sont toutefois réglables qu'avec des dépenses élevées et uniquement alors dans une plage très étroite de leur productivité, par exemple à l'aide d'un réglage de la 20 vitesse de rotation (voir, par exemple, DE 40 25 168 C).

Pour le réglage de la puissance dans la plage négative, il a déjà été proposé fondamentalement un réglage avec ce que l'on appelle un courtcircuit hydraulique, dans lequel le pompage et le turbinage sont 25 exécutés en même temps; de la puissance peut alors être reçue, de manière réglée, à partir du réseau. Si un groupe hydroélectrique fonctionne alors en tant que turbine et, que parallèlement, un autre groupe hydroélectrique, à turbine et à pompe, fonctionne dans le mode "courtcircuit 30 hydraulique", il est alors possible d'obtenir un réglage de puissance allant de plus 100 % (puissance maximale de turbinage) à moins 100 % (puissance maximale de pompage), de telle sorte que l'on puisse globalement éviter une forte consommation d'eau.

La figure 4 illustre par extraits un déroulement du réglage, à titre d'exemple, lors d'un court-circuit hydraulique, dans lequel, par exemple, seule une pompe fonctionne sur un laps de temps 22 de cinq secondes et présente une puissance absorbée de 100 MW (uniquement fonctionnement de la pompe) . Une phase d'arrêt 23 suit, 5 qui dure par exemple plus d'une heure, après quoi est effectué un réglage de la puissance par le réglage d'une turbine en superposition à un fonctionnement de la pompe (courtcircuit hydraulique) (intervalle de temps 24). Audessus de cette évolution 25 de la puissance, la figure 4 10 montre schématiquement, par une ligne en points et tirets, l'évolution du niveau d'eau 26 dans le réservoir supérieur, et on peut remarquer que, dans la phase 22 avec uniquement fonctionnement de la pompe, le niveau de l'eau augmente, dans la phase d'arrêt 23, le niveau de l'eau 15 reste constant et, ensuite, dans la phase 24 du mode de fonctionnement "court-circuit hydraulique", ce niveau monte de nouveau légèrement, car la pompe refoule davantage d'eau que la turbine ne peut en prendre en charge. Si on passe ensuite au turbinage (voir la phase 20 24' sur la droite sur la figure 4), après un temps de commutation 23' correspondant, alors le niveau d'eau 26 baisse de nouveau. Il en ressort que, lors d'un courtcircuit hydraulique, la puissance peut également être réglée dans une plage de puissance négative. Si, par 25 exemple, la puissance de la turbine (par exemple, 130 MW) est supérieure à la puissance de la pompe (par exemple, - 100 MW), alors l'étendue de la plage de réglage pendant ce court-circuit hydraulique est égale à la différence de ces deux puissances, donc par exemple depuis - 100 MW 30 (puissance de turbinage 0) jusqu'à + 30 MW (puissance de turbinage 130 MW). L'inconvénient dans la technique connue à court- circuit hydraulique, est qu'il existe, entre les modes différents de fonctionnement "réglage turbine" et "court-circuit hydraulique avec réglage turbine", des 35 temps relativement longs de commutation ou temps morts, si bien qu'une régulation véritable du réseau de distribution d'énergie électrique n'est pas possible. Pour une telle régulation du réseau de distribution d'énergie électrique, il faudrait une plage continue de puissance allant de + 100 % (lorsque le réseau de distribution requiert la 5 pleine puissance) jusqu'à - 100 % (surplus maximal de puissance qui peut être prélevé dans le réseau de distribution) et, dans cette plage de réglage, un réglage sans retards temporels et avec une vitesse définie de réglage de x % par seconde est indispensable. Une telle 10 possibilité technique est prévue dans la présente installation et sera maintenant décrite, d'une manière encore plus détaillée, en liaison avec les figures 5 à 10.

La figure 5 représente le groupe hydroélectrique nécessaire, de façon un peu plus détaillée que sur la 15 figure 1, des éléments constitutifs identiques à ceux de la figure 1 étant désignés par les mêmes références. Ici aussi, une turbine 8 et un motogénérateur 9, ainsi qu'une pompe 10 sont prévus sur l'arbre 7 commun. La figure 5 montre schématiquement, en outre, un dispositif de 20 lancement 27 pour la pompe 10; il peut s'agir d'un convertisseur hydraulique qui, lors de la mise en marche de la pompe 10, est rempli le plus rapidement possible pour ensuite accélérer la pompe 10 jusqu'à la vitesse de rotation synchrone et la relier, par l'intermédiaire de 25 l'arbre 7, au motogénérateur 9. Ce n'est que lorsque la pompe 10 est reliée qu'une vanne 28, située du côté écoulement de la pompe 10, peut être ouverte. De façon classique, deux autres vannes 29 et 30 sont prévues dans la conduite d'arrivée vers la turbine 8. Ainsi qu'il 30 ressort de la figure 5, la pompe 10 est reliée, par l'intermédiaire de la vanne 28, d'une conduite ascendante 13' et de la conduite d'arrivée 11' de la turbine, ainsi que par l'intermédiaire de la vanne 30, à la turbine 8. De cette manière, il est possible de provoquer un court35 circuit hydraulique de la pompe 10 et de la turbine 8, par l'intermédiaire des éléments constitutifs 11, 12, 13, 28, 13', 11' et 30. Il n'est toutefois pas nécessaire dans ce cas que la totalité de l'eau, pompée par la pompe 10, soit acheminée de nouveau, via la turbine 8, vers le réservoir inférieur 12, au contraire un flux partiel peut être 5 acheminé, via la vanne 29, vers le lac artificiel ou le réservoir supérieur 2, pour y augmenter le niveau de l'eau.

La vanne 28 présente, en tant qu'unité d'étranglement réglable, une ligne d'entrée de réglage 28' représentée 10 schématiquement et qui, de même que les lignes d'entrée de réglage ou bien de commande 10', 27', 8' et 9' de la pompe 10, du dispositif de lancement 27, de la turbine 8 et du motogénérateur 9, est reliée à une unité de réglage et de commande 31. Cette unité de réglage et de commande 31 15 surveille également, par l'intermédiaire d'une ligne 32, la connexion du réseau de distribution 33, et elle obtient, par l'intermédiaire d'une ligne 34, des informations concernant la demande de puissance du réseau.

Enfin, pour compléter, la figure 5 montre également une 20 installation de distribution électrique 35.

La figure 6 montre schématiquement, à titre d'exemple, une courbe de réglage (puissance P en fonction du temps t) qui correspond à la figure 5, et dans laquelle une caractéristique de réglage 36 pour la turbine 8 est 25 indiquée dans la plage de puissance positive. Dans la plage de puissance négative, une caractéristique de réglage 37 concerne la combinaison de la pompe 10 et de la turbine 8. Lorsque la caractéristique de réglage 36 pour la turbine 8 diminue à la vitesse prédéfinie de x % par 30 seconde et qu'elle tend vers zéro, avant que ne soit atteint le passage par zéro (ou une autre valeur prédéfinie), au point 38, il se produit un démarrage d'organes ou de dispositifs de commande de pompe, par exemple clapets, pompes de lubrification de paliers, etc., 35 avant que la pompe 10 ne soit mise en marche au point 39.

Par conséquent, la différence de temps 40 indique le temps disponible pour le démarrage des organes de commande de pompe. Tandis que, sur la figure 6, la caractéristique idéale de réglage 37 pour la pompe plus la turbine est indiquée par des lignes droites, la courbe 41 représente 5 lapuissance réellement absorbée de la pompe 10 et, dans une première phase 42, il en résulte l'accélération de la pompe 10 jusqu'à ce que celle-ci soit reliée, à un moment 43, via le dispositif de lancement 27, à l'arbre 7, à la turbine 8 ou bien au motogénérateur 9 et qu'alors la vanne 10 28 soit ouverte. Au moment 44, la vanne 28 est définitivement ouverte si bien que, pour la totalité de l'intervalle de temps débutant lors du démarrage 39 et s'étendant jusqu'à ce que la vanne 28 soit dans la position ouverte au moment 44, il s'écoule un intervalle 15 de temps 45 qui correspond, de préférence, à la valeur inverse de la vitesse de réglage de x % par seconde, c'est-à-dire 100/x secondes. Dans un exemple pratique d'une simulation par ordinateur, la vitesse de réglage était de 5 % par seconde et, par conséquent, l'intervalle 20 de temps 45 pour atteindre la pleine charge de la pompe 10 (à partir du passage par zéro) était de 20 secondes.

Si, ensuite les besoins en puissance augmentent de nouveau dans le réseau de distribution d'énergie électrique 33, alors, lors du passage par zéro au point 25 50, l'ordre de commutation "1ARRET pompe" est émis pour la pompe 10, et la vanne 28 est de nouveau fermée, ce qui prend un temps 51. Au moment 52, la vanne 28 est donc fermée, et la pompe 10 peut être séparée de l'arbre 7 à l'aide du dispositif de lancement 27.

On obtient ainsi globalement des opérations remarquablement rapides d'activation et de désactivation de la pompe 10, ce que l'on appelle le "cadencement de la pompe". L'établissement d'une puissance P = 0 est possible d'emblée lors d'un turbinage simple et il en va de même 35 dans le mode de fonctionnement "court-circuit hydraulique", dans lequel de la puissance peut être prélevée extrêmement vite à partir du réseau, car la pompe 10 fonctionne déjà. Etant donné que, dans le mode de fonctionnement "court-circuit hydraulique", aussi bien la pompe 10 que la turbine 8 sont en service, toute puissance 5 négative (puissance absorbée à partir du réseau 33) peut être fournie dans la plage de zéro à - 100 % à la vitesse de réglage de x % par seconde.

A l'aide de la vanne 28 ou, d'une manière générale, d'une unité d'étranglement, on peut en plus prévoir un 10 réglage supplémentaire par étranglement, dans lequel, dans une plage de puissance inférieure, par exemple entre - 50 % et - 100 %, d'une part, la mise en fonction de la turbine 8 n'est pas nécessaire et donc une plage de réglage par étranglement 53 est définie et, d'autre part, dans la 15 plage de puissance positive inférieure (par exemple, de 0 à + 50 %, voir la plage d'étranglement 54 sur la figure 6), la pompe 10 peut encore rester accouplée. De cette manière, le nombre des opérations de mise en fonction pour la turbine 8 et pour la pompe 10 peut être réduit.

La figure 7 illustre une installation, tout à fait analogue à celle de la figure 5 et schématiquement comparable, les éléments constitutifs correspondants étant désignés par les mêmes références et, dans la mesure ou les mêmes éléments constitutifs sont désignés, il n'en 25 sera pas fait de nouvelle description. A la différence de la figure 5 toutefois, dans le cas de l'installation selon la figure 7, il est prévu ici une pompe préliminaire 55, qui est montée en aval de la pompe 10 du côté arrivée de manière à augmenter la pression du côté arrivée. Une telle 30 pompe préliminaire est prévue lorsque la pompe 10 ne peut pas être disposée suffisamment bas par rapport au réservoir inférieur 12 pour éviter des cavitations.

La figure 8 montre un diagramme de réglage correspondant, qui est similaire à celui de la 35 figure 6 mais dans lequel, par rapport à la figure 6, les modifications suivantes sont présentes, du fait de la présence de la pompe préliminaire 55 au moment 39 "démarrage de la pompe 10", la pompe préliminaire 55 est également mise en fonction. L'accélération de la pompe 10 5 et, par conséquent, l'absorption de puissance 41 par la pompe 10 commencent simultanément. Si, lors d'une augmentation des besoins en puissance du réseau, la pompe 10 est alors de nouveau arrêtée, la pompe préliminaire 55 est également de nouveau arrêtée au point 50, ce qui est 10 indiqué en plus sur la figure 8 par l'instruction 57.

Pour le reste, le diagramme selon la figure 8 correspond à celui de la figure 6 si bien qu'on peut se reporter, à ce sujet, à la description qui a été faite en liaison avec la figure 6.

On obtient par conséquent une évolution de la puissance du réseau avec un réglage sur la plage de - 100 % à + 100 %, et l'on en trouvera des exemples sur les figures 9 et 10. La figure 9 représente, par une ligne en trait plein, l'évolution réelle 58 de la puissance dans le 20 réseau de distribution d'énergie (puissance P) en fonction du temps t, tandis qu'une ligne en points et tirets représente l'évolution de puissance 59 du turbinage, et qu'une ligne tiretée indique l'évolution de puissance 60 du pompage. Enfin, la référence 61 désigne un bref réglage 25 de la puissance à l'aide de la vanne 28 (réglage de puissance "modération de la pompe"). Dans le mode de fonctionnement "court-circuit hydraulique", on obtient donc l'évolution de puissance 58 du réseau à partir de la différence 62 de l'évolution de puissance 59 du turbinage 30 et de l'évolution de puissance 60 du pompage.

Une telle évolution de puissance est encore représentée schématiquement à la figure 10, la référence 63 indiquant l'évolution positive de puissance, exigée par le réseau de distribution, avec réglage à l'aide de la 35 turbine 8, et la référence 64 indiquant l'évolution de puissance négative, qui résulte d'un surplus de puissance dans le réseau de distribution, pendant cette durée d'un surplus de puissance dans le réseau, la pompe 10 est mise en fonction, son débit étant indiqué par la courbe simplifiée 65 sur la figure 10. La flèche 62' indique, à 5 titre d'exemple sur la figure 10, la puissance différence, qui résulte de la fourniture de puissance au moyen de la turbine 8, ainsi que de la réception de puissance (100 %) par la pompe 10; la puissance correspondante de turbinage doit être incluse à partir de la valeur négative maximale 10 (par exemple - 80 MW) de la puissance de pompage, de façon positive. Par exemple, la puissance de turbinage est d'environ 35 MW au moment indiqué (flèche 62'), si bien qu'à cet instant, la puissance nette provenant du réseau est d'environ (-) 45 MW.

Pour que l'intervalle complet de la puissance, qui s'étend depuis la puissance positive maximale de turbinage jusqu'à la pleine puissance négative de pompage, puisse être exploité en tant que puissance de réglage, tous les éléments constitutifs, situés entre le réservoir supérieur 20 2 et le réservoir inférieur 12, doivent être conçus et dimensionnés en fonction des sollicitations augmentées.

Ainsi, dans la voie d'alimentation 3, 5, les modifications continues de charge aboutissent directement à des modifications de la vitesse d'écoulement et du sens 25 d'écoulement, si bien qu'il en résulte des fluctuations de pression qui agissent sur la résistance mécanique de la voie d'alimentation 3, 5. Par conséquent, cette voie d'alimentation 3, 5 doit être réalisée de manière suffisamment résistante. La conception de la chambre 30 d'équilibre 4 (voir figure 1) est également importante ici, car elle sert à limiter de telles augmentations de pression, par une égalisation des surplus et des déficits d'énergie cinétique, sans risquer d'aboutir à des coups de bélier nuisibles, à un débordement de la chambre 35 d'équilibre 4 ou bien à une entrée d'air par dépression.

Fondamentalement, les chambres d'équilibre selon l'état de la technique sont dimensionnées de telle sorte que des opérations de réglage soient possibles lors du turbinage.

Mais, dans le cas de ces opérations classiques de réglage, le sens d'écoulement ne varie pas. Du fait que, dans la 5 présente technique, il se produit une inversion rapide et séquentiellement rapide du sens, la chambre d'équilibre 4 doit être conçue pour supporter une charge correspondante.

Le dispositif de lancement 27 doit également être conçu relativement puissant pour que, à partir du 10 turbinage, la mise en fonction de la pompe 10 soit possible dans le temps défini de réglage, c'est-à-dire que la pompe 10 soit accélérée dans le temps court souhaité jusqu'à la vitesse de rotation synchrone et qu'elle puisse être accouplée aux autres éléments du groupe 15 hydroélectrique. D'une manière comparable, dans le cas de la variante avec pompe préliminaire 55, telle qu'illustrée sur les figures 7 et 8, l'entraînement de la pompe préliminaire 55 doit être conçu pour des opérations continues de commutations dans de courts intervalles de 20 temps, ces opérations de commutation devant être possibles, par exemple, dans des intervalles de l'ordre des minutes.

Pour la pompe (ou pompe principale) 10, il va de soi que plus les modes de fonctionnement et les opérations de 25 réglage sont complexes et multiples, plus il y a un risque d'aboutir, précisément dans les conditions les plus défavorables de fonctionnement, à des perturbations (par exemple, ouverture du sectionneur de puissance en raison d'un signal de danger). Cela peut conduire à des 30 augmentations de la vitesse de rotation, et il faut absolument que les pressions et les vibrations qui se produisent alors puissent être supportées par les éléments constitutifs de la pompe 10 sans dommage. Ainsi, plus particulièrement le carter de la pompe 10 doit être 35 réalisé de manière à résister à la pression, car la pression de la pompe 10 croît approximativement selon le carré de la vitesse de rotation (la vanne 28 étant à l'état fermé).

Pour que la pompe 10 puisse être rapidement activée et désactivée, il faut aussi que la vanne 28 puisse être 5 ouverte et fermée en peu de temps. Il est alors judicieux d'avoir un système de fermeture particulièrement étagé, notamment lors de l'opération de fermeture, afin d'éviter des coups de bélier supplémentaires.

Bien que l'invention ait été particulièrement montrée 10 et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention.

15 Ainsi, par exemple, il est notamment possible d'avoir un fonctionnement avec plusieurs turbines et/ou plusieurs pompes (par exemple, montées en parallèle), et il n'est également pas nécessairement obligatoire que la pleine puissance de la pompe corresponde à celle de la turbine.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour le réglage de la puissance dans une centrale à accumulation par pompage, dans lequel la demande de puissance d'un réseau de distribution d'énergie 5 électrique (33) est surveillée et, lors de besoins du réseau en énergie, du courant, produit à l'aide d'au moins une turbine (8) et d'un motogénérateur (9) relié à celleci, est fourni au réseau de distribution d'énergie électrique (33) avec un réglage de la puissance tandis 10 que, dans le cas d'un surplus de puissance dans le réseau de distribution d'énergie électrique (33), du courant extrait du réseau de distribution est amené à au moins une pompe (10) pour le pompage d'eau à partir d'un réservoir inférieur (12) jusque dans un réservoir supérieur (2) et, 15 lors d'un tel surplus de puissance, la turbine (8) fonctionne également en court-circuit hydraulique avec la pompe (10) et est réglée en ce qui concerne sa puissance fournie; caractérisé en ce que, lors de la détection d'une diminution de la demande de puissance du réseau de 20 distribution d'énergie électrique (33) jusqu'à une valeur prédéfinie, par exemple zéro, la pompe (10) est mise en marche à pleine puissance, sans transition, et la turbine (8) fonctionne à pleine charge avec ensuite un réglage quant à la puissance, en fonction des variations de la 25 demande de puissance somme résultant du fonctionnement à pleine puissance de la pompe (10) en raison des variations du réseau de distribution, et en ce que la pompe (10) est de nouveau arrêtée sans transition, lors d'une remontée de la demande de puissance du réseau de distribution au-delà 30 de la valeur prédéfinie.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe (10) présente une absorption de puissance jusqu'à la fourniture maximale de puissance par la turbine (8).

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, de façon complémentaire, le refoulement de la pompe (10) est réglé à l'aide d'une unité d'étranglement (28, 28').

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le réglage par étranglement est également effectué 5 dans le cas de faibles besoins en énergie du réseau de distribution, avec une pompe (10) continuant à fonctionner.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4,

caractérisé en ce que le temps requis pour atteindre la 10 pleine puissance de la pompe (10), après sa mise en marche, correspond sensiblement à la valeur inverse de la vitesse de réglage de la turbine (8).

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5,

caractérisé en ce que la turbine (8) est réglée, quant à 15 la puissance, à une vitesse de réglage d'environ 5 % de la pleine charge par seconde.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6,

caractérisé en ce que des organes auxiliaires de commande, prévus pour l'accouplement de la pompe (10) à la turbine 20 (8), sont déjà rendus actifs, lors d'une diminution de la demande de puissance du réseau de distribution, avant que ne soit atteinte la valeur prédéfinie.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7,

caractérisé en ce que la pompe (10) est actionnée par une 25 pompe préliminaire (55) augmentant la pression du côté admission.

9. Dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8, comportant au moins une turbine (8), un motogénérateur (9) associé à celle-ci 30 et au moins une pompe (10) séparée de la turbine, caractérisé par une unité de réglage et de commande (31), qui surveille la demande de puissance du réseau de distribution d'énergie électrique et qui règle la puissance de la turbine (8), cette unité étant conçue pour 35 mettre en marche la pompe (10), sans transition, lors d'une diminution de la demande de puissance du réseau de distribution jusqu'à la valeur prédéfinie, lors de la mise en marche de la pompe (10), pour faire fonctionner également la turbine (8) à pleine charge et, ensuite, pour la régler quant à la puissance et, lors d'une remontée de 5 la demande de puissance du réseau de distribution, jusqu'au-delà de la valeur prédéfinie, pour arrêter de nouveau la pompe (10) sans transition.

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la pompe (10) présente une absorption de 10 puissance jusqu'au débit maximal de puissance de la turbine (8).

11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il est prévu une unité d'étranglement (28) réglable, qui est montée à la suite de la pompe (10) 15 et qui présente, pour un réglage de l'étranglement, une entrée de réglage (28) reliée à l'unité de réglage et de commande (31).

12. Dispositif selon l'une des revendications 9 à

11, caractérisé en ce qu'un dispositif de lancement (27), 20 servant à l'accouplement de la pompe (10) à la turbine (8), et une vanne (28) sont prévus pour une activation, lors de laquelle la pompe (10) reçoit la pleine puissance après 100/x secondes, x étant la vitesse de réglage indiquée en % par seconde.

13. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'il est prévu, du côté admission de la pompe (10), une pompe préliminaire (55) qui augmente la pression à l'entrée.