FR2904986A1 - Centrale hydroelectrique par forage vertical avec circulation d'eau en circuit ferme autonome - Google Patents

Abstract

Centrale hydroélectrique par forage vertical avec circulation d'eau en circuit fermé autonome.L'invention concerne un dispositif optimisant la force motrice de l'eau couplée à la gravité terrestre afin de mettre en mouvement un ou plusieurs groupes de production électrique avec un minimum de contraintes techniques et peu ou pas de détérioration du milieu naturel.Il est constitué d'une pompe (1) qui envoie de l'eau dans des canalisations (2 et 2bis) pour faire tourner une turbine (3) qui elle-même transmet la rotation à un axe (4) dans une gaine de protection (5) jusqu'à un démultiplicateur (6) qui amplifie la rotation et la transmet via l'axe (4bis) à un ou plusieurs groupes de production (7). L'eau sortant de la turbine passe par le clapet anti-retour (8) pour remplir le réservoir (9) qui alimente la pompe via une canalisation (10). Le tout est situé dans un forage tubé (11) avec une tête de forage étanche (12), avec un câble inox (13) pour descendre et remonter la turbine, et un câble (14) pour exporter le courant électrique.Le dispositif selon l'invention est destiné à tout type de consommateurs de courant électrique, plus particulièrement ceux ayant des moyens restreints (comme par exemple les pays en voie de développement) ou ceux soucieux de l'environnement.

Description

1 La présente invention concerne un dispositif de production

d'électricité, utilisant la gravité terrestre couplée à la force motrice naturelle de l'eau, pour mettre en mouvement une turbine installée au fond d'un forage vertical dans le sol. Les centrales hydrauliques de production d'électricité avec turbine immergée sont habituellement placées sur des conduites forcées avec d'importants dénivelés. Elles demandent des travaux de grande envergure, avec de grandes distances de canalisations à poser et à entretenir. Bien que l'énergie électrique produite de cette manière soit renouvelable, les ouvrages d'art et les centrales hydroélectriques implantés sur les milieux naturels perturbent gravement le fonctionnement écologique et l'hydraulicité naturelle de ces derniers. En effet, les conduites forcées ont toujours besoin de prélever de grandes quantités d'eau pour fonctionner, ce qui engendre d'énormes problèmes en période sèche, durant laquelle la demande en électricité augmente (climatisation...) alors que le niveau des rivières baisse. Le procédé selon l'invention permet, par rapport aux autres moyens de production d'électricité (solaire, éolien, hydraulique et nucléaire), de réduire considérablement les contraintes techniques. Il ne demande pas une grande superficie au sol et fonctionne avec une quantité d'eau limitée. Il ne nécessite pas de lourds travaux, seulement un forage dans le sol, avec une profondeur et un diamètre à calculer suivant les besoins de production d'électricité et le retour sur investissement souhaité. Le forage sera réalisé sur un emplacement nécessitant peu d'aménagement (terrassement...), afin de diminuer les nuisances et de limiter la détérioration du milieu naturel. Dans cette idée, le tubage du forage devra être rendu le plus étanche possible pour éviter la communication entre le milieu naturel et l'eau qui sera mise en circulation dans la présente invention ; lors de la pose du tubage, une cimentation pourra être effectuée sur toute sa hauteur suivant la nature des sols traversés. Dans le descriptif ci-dessous, nous verrons comment la présente invention permet d'optimiser la force motrice de l'eau couplée à la gravité terrestre, dans un circuit fermé autonome, avec un minimum de volume d'eau, et sans les graves inconvénients que l'on connaît pour les milieux naturels où sont implantées les centrales électriques classiques.

L'eau, ou tout autre liquide adapté, est entraîné(e) dans les canalisations du circuit fermé par une pompe qui s'alimente dans un réservoir dont la capacité est calculée suivant la longueur des canalisations mises en oeuvre., avec une réserve pour pallier d'éventuelles fuites. La pompe peut éventuellement être immergée dans le réservoir, afin de limiter les 2904986 2 coûts d'installation et l'emprise au sol, ainsi que les nuisances sonores. Par l'effet de gravité terrestre, l'eau entrant dans le forage augmente sa vitesse et sa pression au fur et à mesure de la descente. De plus, le diamètre des canalisations diminue sur les derniers mètres du forage afin d'augmenter la vitesse de l'eau. Ainsi arrivée en fond de forage, l'eau 5 met en mouvement l'axe vertical (ou horizontal) d'une turbine. Cet axe mis en rotation fait tourner en surface un démultiplicateur qui entraîne via un axe de liaison ou tout autre moyen de transmission du mouvement (ex. : une courroie, ...) un ou plusieurs groupes de production électrique. Le groupe de production et le démultiplicateur peuvent être installés dans un local fermé, afin de diminuer le bruit et d'augmenter la sécurité sur le site de 10 production. En sortant de la turbine, l'eau traverse un clapet anti-retour et remonte à la surface pour remplir le réservoir. Un câble en inox est installé sur la turbine pour la descendre et la remonter dans le forage. Le système fonctionne avec une vitesse minimale qui dépend de la profondeur du forage et du débit de la pompe entraînant la circulation d'eau. Cette vitesse peut être augmentée en fonction des besoins par le démultiplicateur (ou 15 boîte de vitesse) et/ou par l'augmentation du débit d'eau. Les besoins en eaux peuvent être satisfaits par un récupérateur d'eau pluviale, éventuellement installé sur la toiture du local contenant le ou les groupes de production d'électricité. L'eau de pluie n'étant pas calcaire, les matériaux auront une plus grande durée de vie. Le dispositif selon l'invention peut être modifié de telle sorte que le groupe de 20 production électrique, l'axe de liaison et le démultiplicateur soient installés via un Inini axe vertical sur la turbine au fond du forage. Dans ce cas, l'axe vertical (servant à faire tourner les éléments de surface) et sa gaine de protection sont supprimés, l'accroissement de la production électrique se fait par l'augmentation du débit de la pompe, et un câble électrique doit être installé pour remonter le courant produit.

25 Le dispositif selon l'invention peut également être modifié de telle sorte que les canalisations servant à la remontée de l'eau soient supprimées, dans le cas où le tubage est rendu complément étanche, c'est-à-dire sans fuites d'eau. Dans ce cas, la tête de forage étanche est modifiée pour permettre l'alimentation du réservoir. Dans tous les cas, le courant électrique produit par l'installation est exporté à 30 l'aide de câbles électriques disposés depuis la surface sur le ou les groupes de production ou depuis le câble électrique sortant du forage. Un moyen de contrôle de la production électrique est installé afin de vérifier les performances du dispositif, en vue de la maintenance et du suivi à distance. Avec le même objectif, des compteurs d'eau, des 2904986 3 manomètres ainsi que des compte-tours peuvent être installés sur le dispositif afin d'augmenter les points de contrôles. L'installation a besoin d'électricité pour le démarrage de la pompe, afin de mettre l'eau en circulation, mais ensuite, elle devient autonome et peut produire du courant électrique 24h/24 et 7j/7 sans restriction. Elle présente aussi 5 l'intérêt de pouvoir moduler la production en fonction des besoins ou des capacités de stockage (batterie, ...) disponibles sur le site. Pour les pays en voie de développement, le démarrage de la pompe peut être réalisé par tous les moyens existants connus comme, à titre d'exemple non limitatif, une force mécanique, éolienne, ou animale. Le dispositif selon l'invention aura les dimensions appropriées en diamètre au 10 passage, soit de la turbine seule, soit de la turbine avec le démultiplicateur et le groupe de production électrique. La profondeur sera limitée, entre autres, par la résistance des matériaux à la pression et par le coût des travaux de forage. Dans tous les cas, le dispositif sera adapté afin d'optimiser la production d'électricité d'origine hydraulique et gravitationnelle, en minimisant les atteintes à l'environnement.

15 Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente le dispositif de l'invention selon une coupe verticale. La figure 2 représente une variante du dispositif de l'invention selon une coupe verticale. En référence à ces dessins, le dispositif comporte une pompe (1) de surface ou immergée dans le réservoir (9). Cette pompe (1) envoie de l'eau sous pression dans les 20 canalisations (2 et 2bis). Cette eau met en mouvement la turbine (3), qui elle-même fait tourner l'axe vertical (4) dans sa gaine de protection (5), pour faire fonctionner le démultiplicateur (6) puis l'axe de liaison (4bis) et enfin le groupe de production électrique (7). L'eau remonte en traversant le clapet anti-retour (8) pour remplir le réservoir (9) qui permet l'alimentation de la pompe par la canalisation (10) lorsqu'elle n'est pas immergée, le 25 tout étant dans un forage tubé (11) avec une tête de forage étanche (12), le câble inox (13) servant à descendre et à remonter les différents éléments dans le forage, et le câble électrique (14) servant à exporter le courant électrique produit. Comme nous venons de le voir, cette centrale hydroélectrique par forage, avec circulation d'eau en circuit fermé, a donc pour but de produire de l'électricité à part ir d'énergies renouvelables, à savoir la 30 gravité terrestre et la force motrice de l'eau. Le procédé selon l'invention pourra être mis en oeuvre pour produire du courant électrique sur tous les sites disposants d'un espace suffisant pour l'implantation d'un forage vertical. L'application va donc du particulier à l'industriel, soit l'ensemble des 2904986 -4consommateurs de courant électrique, dès l'instant où il y a la quantité d'eau nécessaire au fonctionnement du système. A titre d'exemple non limitatif, le procédé selon l'invention peut être installé dans un forage à 50 mètres de profondeur; ce qui nous donne 5 bars de pression. La circulation 5 de l'eau est initiée par une pompe produisant 4 bars de pression pour un débit de 2.000 litres / heure ; ce qui nous donne à 50 mètres de profondeur une pression théorique de 9 bars, diminuée des éventuelles pertes en charge. La quantité de courant ainsi produite dépendra du réglage réalisé au niveau du démultiplicateur. Dans cet exemple, le groupe de production et le démultiplicateur sont installés en surface.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1) Dispositif pour produire de l'électricité d'origine hydraulique et gravitationnelle caractérisé en ce qu'il comporte une pompe (1) de surface (ou immergée), mettant en mouvement un liquide (par exemple de l'eau) dans un circuit fermé autonome au travers de canalisations (2) présentant une réduction de diamètre (2 bis), alimentant une turbine (3) au fond d'un forage vertical, cette première mettant en mouvement un axe vertical (4) protégé sur toute sa hauteur par une gaine (5); cet axe mettant en mouvement un démultiplicateur (6) qui lui même transmet le mouvement rotatif amplifié au groupe de production (7) ; le dispositif étant un circuit fermé, le liquide remonte vers la surface en traversant un clapet anti-retour (8) pour remplir le réservoir (9) qui lui-même est relié le cas échéant à la pompe de surface par un tuyau (10) ; le forage tubé (11) a une tête de forage étanche (12) au travers de laquelle passe un câble inox (13) pour assurer la descente et la remontée du dispositif ; le câble électrique (14) exporte le courant ainsi produit.

2) Dispositif selon la revendication 1) caractérisé en ce que le groupe de production et le démultiplicateur sont installés au fond du forage sur la turbine; ce principe fait partir le câble (14) du fond du forage jusqu'à la surface pour exporter le courant. Cela supprime l'axe vertical (4) et sa gaine de protection (5).

3) Dispositif selon la revendication 1) caractérisé en ce que le démultiplicateur transmet le mouvement rotatif à un ou plusieurs groupes de production électrique installés en surface.

4) Dispositif selon la revendication 1) caractérisé en ce que les canalisations 2 et 2 bis servant à la remontée de l'eau, soient supprimées dans le cas où, le tubage est rendu complément étanche, c'est-à-dire sans fuites d'eau dans le milieu naturel. Dans ce cas, la tête de forage étanche (12) est modifiée pour permettre l'alimentation du réservoir.

5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la turbine, le démultiplicateur, le groupe de production, la pompe ainsi que le réservoir ou tous autres éléments du présent procédé soient installés différemment ou remplacés par des outils ayant la même visée mais qu'ils aient pour effet de produire un courant électrique.