FR3140138A1

FR3140138A1 - River hydraulic energy conversion plant

Info

Publication number: FR3140138A1
Application number: FR2209753A
Authority: FR
Inventors: Jacques Ortega
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-09-27
Filing date: 2022-09-27
Publication date: 2024-03-29

Abstract

Centrale de conversion d’énergie hydraulique fluviale, comportant un organe tournant, adapté à être entrainé en rotation par ledit écoulement de liquide, et un organe de conversion de l’énergie cinétique de l’organe tournant, ainsi que : – une passe de déflexion (8) délimitée par des parois verticales de déflexion (9) s’étendant obliquement de part et d’autre de la direction d’écoulement (5) ; et – une passe centrale d’accélération (10) délimitée par des parois verticales de canalisation (11) s’étendant dans ladite direction d’écoulement (5), et raccordée en aval de la passe de déflexion (8). L’organe tournant comporte de plus : – un module cylindrique flottant (6) muni de pales radiales (7), disposé dans la passe centrale d’accélération (10) ; et – un support de rotation pour le module cylindrique flottant (6), ce support de rotation étant librement mobile verticalement. Figure pour l’abrégé : Fig.3River hydraulic energy conversion plant, comprising a rotating member, adapted to be rotated by said flow of liquid, and a member for converting the kinetic energy of the rotating member, as well as: – a deflection pass (8) delimited by vertical deflection walls (9) extending obliquely on either side of the flow direction (5); and – a central acceleration pass (10) delimited by vertical pipe walls (11) extending in said flow direction (5), and connected downstream of the deflection pass (8). The rotating member further comprises: – a floating cylindrical module (6) provided with radial blades (7), arranged in the central acceleration pass (10); and – a rotation support for the floating cylindrical module (6), this rotation support being freely movable vertically. Figure for abstract: Fig.3

Description

River hydraulic energy conversion plant

L’invention concerne le domaine de la production d’énergie à partir d’énergies renouvelables, et concerne plus particulièrement la production d’une énergie exploitable, telle que l’énergie électrique, à partir de la conversion d’énergie hydraulique fluviale.The invention relates to the field of energy production from renewable energies, and more particularly concerns the production of exploitable energy, such as electrical energy, from the conversion of river hydraulic energy.

PRIOR ART

Il existe une nécessité pour chaque pays de varier son bouquet énergétique en incluant davantage d’énergies renouvelables (ENR) telle que les énergies provenant du soleil, du vent, de la chaleur de la terre, des chutes d’eau, des marées, etc. Ces sources d’énergie considérées comme inépuisables à l’échelle du temps humain n’engendrent pas ou peu de déchets ou d’émissions polluantes. Elles se distinguent des énergies fossiles polluantes et dont les stocks diminuent. Ces énergies renouvelables sont de plus résilientes, notamment en cas de crise.There is a need for each country to vary its energy mix by including more renewable energies (ENR) such as energies coming from the sun, wind, heat from the earth, waterfalls, tides, etc. . These energy sources, considered inexhaustible on a human time scale, generate little or no waste or polluting emissions. They are distinguished from polluting fossil fuels whose stocks are decreasing. These renewable energies are more resilient, particularly in the event of a crisis.

Il existe de nombreux moyens permettant de convertir des énergies renouvelables, notamment les énergies hydrauliques. Ces moyens sont adaptés à convertir l’énergie relative à l’écoulement d’un liquide dans un chenal suivant une direction d’écoulement, et comportent un organe tournant adapté à être entrainé en rotation par cet écoulement de liquide, ainsi qu’un organe de conversion de l’énergie cinétique de l’organe tournant, tel qu’un alternateur.There are many ways to convert renewable energy, including hydropower. These means are adapted to convert the energy relating to the flow of a liquid in a channel following a flow direction, and comprise a rotating member adapted to be driven in rotation by this flow of liquid, as well as a member for converting the kinetic energy of the rotating member, such as an alternator.

Parmi ces moyens, il existe des centrales de conversion d’énergie hydraulique à turbines associées à des barrages, adaptées à convertir l’énergie potentielle de masses d’eau captives dans le barrage. Ces centrales de conversion sont considérées comme fournissant une énergie électrique parmi les plus propres et sures. Cependant, elles requièrent des œuvres de génie civil imposantes et couteuses pour la réalisation des barrages. De plus, la création de grands réservoirs trouble l’écosystème en inondant de vastes étendues de terres, affecte le débit d’eau en aval, perturbe le mouvement des sédiments, en favorisant l’érosion des berges. Par ailleurs, la quantité de ces centrales est limitée par la disponibilité de lieux géographiquement aptes à de telles installations. Dans de nombreux pays, la plupart des lieux exploitables pour de telles centrales hydraulique ont déjà été équipés. Enfin, la disponibilité de telles centrales est limitée par des périodes de remplissage du réservoir créé par le barrage, qui peuvent être conséquentes.Among these means, there are hydraulic energy conversion plants with turbines associated with dams, adapted to convert the potential energy of captive water masses in the dam. These conversion plants are considered to provide some of the cleanest and safest electrical energy. However, they require large and expensive civil engineering works to build the dams. In addition, the creation of large reservoirs disrupts the ecosystem by flooding large areas of land, affects the flow of water downstream, disrupts the movement of sediments, and promotes bank erosion. Furthermore, the quantity of these power plants is limited by the availability of locations geographically suitable for such installations. In many countries, most of the locations suitable for such hydropower plants have already been equipped. Finally, the availability of such power plants is limited by periods of filling of the reservoir created by the dam, which can be significant.

Par ailleurs, par le passé, d’anciens moulins ou moteurs hydrauliques étaient équipés de roues à aubes qui étaient peu intrusifs dans l’écosystème, mais qui présentaient un rendement médiocre.Furthermore, in the past, old mills or hydraulic motors were equipped with paddle wheels which had little intrusiveness in the ecosystem, but which had poor efficiency.

l’invention a pour but d’améliorer les centrales de conversion d’énergie hydraulique de l’art antérieur.the invention aims to improve the hydraulic energy conversion plants of the prior art.

À cet effet, l’invention vise une centrale de conversion d’énergie hydraulique fluviale, adaptée à convertir l’énergie relative à l’écoulement d’un liquide dans un chenal suivant une direction d’écoulement, cette centrale de conversion comportant un organe tournant, adapté à être entrainé en rotation par ledit écoulement de liquide, et un organe de conversion de l’énergie cinétique de l’organe tournant. Cette centrale de conversion comporte également :
– une passe de déflexion délimitée par des parois verticales de déflexion s’étendant obliquement de part et d’autre de la direction d’écoulement, entre une section d’entrée et une section de sortie, la section de sortie étant d’une largeur inférieure à la largeur de la section d’entrée ;
– une passe centrale d’accélération délimitée par des parois verticales de canalisation s’étendant sensiblement dans ladite direction d’écoulement, la passe centrale d’accélération étant raccordée à la section de sortie de la passe de déflexion, en aval de la passe de déflexion.To this end, the invention aims at a river hydraulic energy conversion plant, adapted to convert the energy relating to the flow of a liquid in a channel following a flow direction, this conversion plant comprising a member rotating, adapted to be rotated by said flow of liquid, and a member for converting the kinetic energy of the rotating member. This conversion center also includes:
– a deflection pass delimited by vertical deflection walls extending obliquely on either side of the flow direction, between an inlet section and an outlet section, the outlet section being of a width less than the width of the inlet section;
– a central acceleration pass delimited by vertical pipe walls extending substantially in said flow direction, the central acceleration pass being connected to the outlet section of the deflection pass, downstream of the deflection pass deflection.

De plus, l’organe tournant comporte :
– un module cylindrique flottant muni de pales radiales, disposé dans la passe centrale d’accélération ; et
– un support de rotation pour le module cylindrique flottant, ce support de rotation étant librement mobile verticalement.In addition, the rotating member comprises:
– a floating cylindrical module equipped with radial blades, placed in the central acceleration pass; And
– a rotation support for the floating cylindrical module, this rotation support being freely movable vertically.

Une telle centrale de conversion d’énergie hydraulique fluviale permet de tirer parti de l’écoulement d’un liquide dans un chenal, par exemple un cours d’eau tel qu’une rivière ou un fleuve. La centrale de conversion selon l’invention fait partie des dispositifs de conversion au fil de l’eau et est active en permanence, tant que l’eau s’écoule dans le cours d’eau.Such a river hydraulic energy conversion plant makes it possible to take advantage of the flow of a liquid in a channel, for example a watercourse such as a river or river. The conversion plant according to the invention is part of the run-of-river conversion devices and is permanently active, as long as the water flows in the watercourse.

Grâce à une augmentation de la vitesse et du niveau de l’eau procurée par la passe de déflexion, suivie de la création d’un écoulement laminaire à altitude calibrée se formant dans la passe centrale d’accélération, et de l’action du module cylindrique flottant, la centrale de conversion selon l’invention garantit un important rendement en comparaison des systèmes historiques à aubes.Thanks to an increase in speed and water level provided by the deflection pass, followed by the creation of a laminar flow at calibrated altitude forming in the central acceleration pass, and the action of the module floating cylindrical, the conversion plant according to the invention guarantees high efficiency compared to historical vane systems.

Ce rendement est associé à la haute disponibilité de la centrale, qui produit de l’énergie de jour comme de nuit, dans un très large registre de conditions climatiques, de sorte que la centrale selon l’invention présente une production élevée et continue d’énergie.This efficiency is associated with the high availability of the plant, which produces energy day and night, in a very wide range of climatic conditions, so that the plant according to the invention has high production and continues to energy.

La quantité instantanée d’énergie produite par une centrale selon l’invention, sur une portion de cours d’eau, n’est pas comparable à la production d’une centrale de grande envergure selon l’art antérieur. Cependant, ce mode de production d’énergie est plus local et peut être plus largement déployé, avec une très faible empreinte écologique. Un tel de mode de production d’énergie est plus adapté aux défis à venir, avec au final une production conséquente d’énergie compte tenu de la possibilité de la déployer largement sur un territoire.The instantaneous quantity of energy produced by a power plant according to the invention, on a portion of a river, is not comparable to the production of a large-scale power plant according to the prior art. However, this mode of energy production is more local and can be more widely deployed, with a very small ecological footprint. Such a mode of energy production is more adapted to the challenges of the future, with ultimately a significant production of energy given the possibility of deploying it widely over a territory.

La centrale de conversion selon l’invention génère une pollution quasiment nulle et son apparence est relativement peu intrusive visuellement dans le paysage. Les moyens nécessaires pour sa construction relèvent du génie civil et de l’électromécanique relativement simple, avec peu de matériaux difficilement sourçables et quasiment pas de matériaux non recyclables.The conversion plant according to the invention generates almost zero pollution and its appearance is relatively visually intrusive in the landscape. The means necessary for its construction relate to relatively simple civil engineering and electromechanics, with few materials that are difficult to source and almost no non-recyclable materials.

Aucun barrage, et donc aucune perturbation associée des écosystèmes, n’est nécessaire pour la mise en place de cette centrale de conversion au fil de l’eau. La centrale de conversion selon l’invention assure la continuité écologique du cours d’eau en permettant la libre circulation des poissons, des limons et de tout autre élément circulant dans l’eau du cours d’eau.No dam, and therefore no associated disturbance of ecosystems, is necessary for the installation of this run-of-river conversion plant. The conversion plant according to the invention ensures the ecological continuity of the watercourse by allowing the free movement of fish, silt and any other element circulating in the water of the watercourse.

De plus, des passes latérales peuvent être prévues pour les poissons, les embarcations fluviales de loisirs telles que kayaks ou autres bateaux, ce qui réduit quasiment à néant l’impact de la centrale de conversion sur l’écoulement normal du cours d’eau.In addition, side passes can be provided for fish and recreational river craft such as kayaks or other boats, which virtually reduces the impact of the conversion plant on the normal flow of the watercourse to zero.

La centrale de conversion d’énergie hydraulique fluviale selon l’invention peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison :The river hydraulic energy conversion plant according to the invention may include the following additional characteristics, alone or in combination:

– les parois verticales de déflexion présentent une hauteur croissante en direction de la passe centrale d’accélération ;– the vertical deflection walls have an increasing height towards the central acceleration pass;

– les parois verticales de déflexion présentent une hauteur au niveau de la section de sortie qui est sensiblement égale au triple de leur hauteur au niveau de la section d’entrée ;– the vertical deflection walls have a height at the exit section which is substantially equal to three times their height at the entry section;

– le support de rotation comporte un axe de rotation du module cylindrique flottant ;– the rotation support includes an axis of rotation of the floating cylindrical module;

– le support de rotation comporte des tirants mobiles verticalement, ledit axe de rotation étant monté sur les tirants ;– the rotation support comprises vertically movable tie rods, said rotation axis being mounted on the tie rods;

– lesdits tirants sont reliés chacun par l’une de leurs extrémités audit axe de rotation, et par l’autre de leurs extrémités à un palier fixe par rapport à la passe centrale d’accélération ;– said tie rods are each connected by one of their ends to said axis of rotation, and by the other of their ends to a fixed bearing relative to the central acceleration pass;

– la centrale comporte un élément de transmission entre ledit axe de rotation et le palier d’un des tirants ;– the power unit comprises a transmission element between said axis of rotation and the bearing of one of the tie rods;

– la centrale comporte un dispositif de compensation de la masse du module cylindrique flottant ;– the control unit includes a device for compensating the mass of the floating cylindrical module;

– la largeur étant définie comme la dimension suivant une direction horizontale et orthogonale à la direction d’écoulement, la passe de déflexion présente une largeur, à sa section d’entrée, définissant des passes latérales de part et d’autre de la passe de déflexion ;– the width being defined as the dimension following a horizontal direction and orthogonal to the direction of flow, the deflection pass has a width, at its entry section, defining lateral passes on either side of the deflection pass deflection;

– le module cylindrique flottant est adapté à prendre une position de levée dans laquelle il est maintenu par le support de rotation à l’extérieur de la passe centrale d’accélération ;– the floating cylindrical module is adapted to take a lifting position in which it is held by the rotation support outside the central acceleration pass;

– les parois verticales de déflexion forment avec la direction d’écoulement un angle extérieur compris entre 100º et 160º ;– the vertical deflection walls form an external angle with the flow direction of between 100º and 160º;

– la longueur étant définie comme la dimension suivant la direction d’écoulement et la largeur étant définie comme la dimension suivant une direction horizontale et orthogonale à la direction d’écoulement, la passe de déflexion présente une longueur sensiblement égale au double de la largeur de la section de sortie de la passe de déflexion ;– the length being defined as the dimension following the direction of flow and the width being defined as the dimension following a horizontal direction and orthogonal to the direction of flow, the deflection pass has a length substantially equal to twice the width of the exit section of the deflection pass;

– la largeur étant définie comme la dimension suivant une direction horizontale et orthogonale à la direction d’écoulement, le rapport de la largeur de la section d’entrée sur la largeur de la section de sortie de la passe de déflexion est compris entre 2 et 8 ;– the width being defined as the dimension following a horizontal direction and orthogonal to the flow direction, the ratio of the width of the inlet section to the width of the outlet section of the deflection pass is between 2 and 8;

– la longueur étant définie comme la dimension suivant la direction d’écoulement et la largeur étant définie comme la dimension suivant une direction horizontale et orthogonale à la direction d’écoulement, la passe centrale d’accélération présente une longueur sensiblement égale à la largeur de la section de sortie de la passe de déflexion ;– the length being defined as the dimension following the direction of flow and the width being defined as the dimension following a horizontal direction and orthogonal to the direction of flow, the central acceleration pass has a length substantially equal to the width of the exit section of the deflection pass;

– les pales radiales du module cylindrique flottant présentent une dimension suivant la direction radiale qui est au moins égale à la hauteur des parois verticales de déflexion au niveau de la section d’entrée de la passe de déflexion ;– the radial blades of the floating cylindrical module have a dimension in the radial direction which is at least equal to the height of the vertical deflection walls at the level of the entry section of the deflection pass;

– la largeur étant définie comme la dimension suivant une direction horizontale et orthogonale à la direction d’écoulement, les pales radiales s’étendent sur toute la largeur du module cylindrique flottant ;– the width being defined as the dimension following a horizontal direction and orthogonal to the flow direction, the radial blades extend over the entire width of the floating cylindrical module;

– la largeur du module cylindrique flottant est supérieure aux 3/4 de la largeur de la passe centrale d’accélération ;– the width of the floating cylindrical module is greater than 3/4 of the width of the central acceleration pass;

– le module cylindrique flottant comporte un cylindre central qui présente une flottabilité positive, les pales radiales étant fixées sur la surface du cylindre central, régulièrement sur tout son pourtour, et les pales radiales présentent chacune un profil semi-circulaire dont le rayon de courbure est centré sur un axe formé par la jonction du cylindre central et de la deuxième pale radiale qui précède la pale radiale considérée, suivant le sens de rotation du module cylindrique flottant ;– the floating cylindrical module comprises a central cylinder which has positive buoyancy, the radial blades being fixed on the surface of the central cylinder, regularly over its entire circumference, and the radial blades each have a semi-circular profile whose radius of curvature is centered on an axis formed by the junction of the central cylinder and the second radial blade which precedes the radial blade considered, following the direction of rotation of the floating cylindrical module;

– le module cylindrique flottant comporte des sous-modules cylindriques flottants identiques, montés sur un même axe de rotation.– the floating cylindrical module comprises identical floating cylindrical sub-modules, mounted on the same axis of rotation.

PRESENTATION OF FIGURES

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the non-limiting description which follows, with reference to the appended drawings in which:

– la , la , la , et la sont des vues d’une centrale de conversion d’énergie hydraulique fluviale installée sur un cours d’eau, selon différentes perspectives ;- there , there , there , and the are views of a river hydraulic energy conversion plant installed on a river, from different perspectives;

– la est une vue de détail de la centrale des figures 1 à 4 ;- there is a detailed view of the power plant of Figures 1 to 4;

– la est une vue en coupe longitudinale de la centrale des figures 1 à 4, avec certaines variantes ;- there is a longitudinal sectional view of the power plant of Figures 1 to 4, with certain variants;

– la est une vue de dessus de la centrale des figures 1 à 4, avec certaines variantes ;- there is a top view of the power plant of Figures 1 to 4, with certain variants;

– la illustre le module cylindrique flottant de la centrale ;- there illustrates the floating cylindrical module of the power plant;

– la est une vue schématique illustrant des exemples de pales radiales pour le module cylindrique flottant ;- there is a schematic view illustrating examples of radial blades for the floating cylindrical module;

– la est une vue de côté du module cylindrique flottant, avec un exemple particulier d’agencement des pales radiales ;- there is a side view of the floating cylindrical module, with a particular example of the arrangement of the radial blades;

– la illustre une variante avec un module cylindrique flottant comportant des sous-modules cylindriques flottants ;- there illustrates a variant with a floating cylindrical module comprising floating cylindrical submodules;

– la est une vue partielle montrant l’agencement du module cylindrique flottant 6 selon une variante.- there is a partial view showing the arrangement of the floating cylindrical module 6 according to a variant.

Les éléments similaires et communs aux divers modes de réalisation portent les mêmes numéros de renvoi aux figures.Elements similar and common to the various embodiments bear the same reference numbers in the figures.

DETAILED DESCRIPTION

Les figures 1 à 4 illustrent, selon des perspectives différentes, une centrale 1 de conversion d’énergie hydraulique fluviale selon l’invention. Cette centrale 1 est illustrée dans un exemple de mise en place sur un cours d’eau 2 tel qu’une rivière ou un fleuve. Les figures 6 et 7 illustrent cette même centrale respectivement vue de côté en coupe longitudinale, et vue de dessus.Figures 1 to 4 illustrate, from different perspectives, a river hydraulic energy conversion plant 1 according to the invention. This power plant 1 is illustrated in an example of installation on a watercourse 2 such as a river or river. Figures 6 and 7 illustrate this same power plant respectively seen from the side in longitudinal section, and seen from above.

Dans le présent exemple illustratif, le cours d’eau 2 est un cours d’eau de taille moyenne, avec une largeur d’environ 50 m, un débit moyen de l’ordre de 20 m³/s et une vitesse d’écoulement de l’ordre de 1 m/s. Dans le présent exemple, le niveau d’eau moyen du cours d’eau 2 est de l’ordre de 40 centimètres. La centrale 1 est particulièrement avantageuse pour des cours d’eau de faible profondeur et d’écoulement rapide.In this illustrative example, stream 2 is a medium-sized stream, with a width of approximately 50 m, an average flow rate of around 20 m³/s and a flow speed of the order of 1 m/s. In this example, the average water level of stream 2 is around 40 centimeters. Plant 1 is particularly advantageous for shallow and fast-flowing watercourses.

Le cours d’eau 2 est ici bordé de berges 3 qui délimitent un chenal 4 (également appelé « lit ») dans lequel l’eau s’écoule selon une direction d’écoulement 5 (illustrée ).The watercourse 2 is here bordered by banks 3 which delimit a channel 4 (also called "bed") in which the water flows in a flow direction 5 (illustrated ).

La centrale 1 comporte, de l’amont vers l’aval (c’est-à-dire dans le sens d’écoulement du cours d’eau 2) :
– une passe de déflexion 8 délimitée par des déflecteurs qui sont ici constitués par deux parois verticales de déflexion 9 exerçant une fonction d’entonnoir pour l’eau s’écoulant dans le cours d’eau 2 ;
– une passe centrale d’accélération 10 formant un couloir rectiligne délimité par deux parois verticales de canalisation 11 qui s’étendent sensiblement dans la direction d’écoulement 5 ;
– un organe tournant adapté à être entrainé en rotation par l’écoulement du cours d’eau 2, et comportant ici un module cylindrique flottant 6 muni de pales radiales 7.The power plant 1 comprises, from upstream to downstream (that is to say in the direction of flow of the watercourse 2):
– a deflection pass 8 delimited by deflectors which are here constituted by two vertical deflection walls 9 exercising a funnel function for the water flowing into the watercourse 2;
– a central acceleration pass 10 forming a rectilinear corridor delimited by two vertical pipe walls 11 which extend substantially in the flow direction 5;
– a rotating member adapted to be rotated by the flow of the watercourse 2, and here comprising a floating cylindrical module 6 provided with radial blades 7.

La passe de déflexion 8 est formée par deux parois verticales de déflexion 9, fixées dans le fond du chenal 4, et s’étendant obliquement de part et d’autre de la direction d’écoulement 5, en convergeant vers l’aval. L’écartement entre les parois verticales de déflexion 9 diminue donc dans le sens d’écoulement de l’eau. La passe de déflexion 8 forme ainsi un goulet d’étranglement réduisant progressivement la section d’écoulement pour une partie de l’eau du cours d’eau 2. La passe de déflexion 8 comporte une section d’entrée 12 et une section de sortie 13, cette dernière étant inférieure à la section d’entrée d’un facteur prédéterminé qui dépend du cours d’eau.The deflection pass 8 is formed by two vertical deflection walls 9, fixed in the bottom of the channel 4, and extending obliquely on either side of the flow direction 5, converging towards the downstream. The spacing between the vertical deflection walls 9 therefore decreases in the direction of water flow. The deflection pass 8 thus forms a bottleneck gradually reducing the flow section for part of the water in the stream 2. The deflection pass 8 comprises an inlet section 12 and an outlet section 13, the latter being less than the inlet section by a predetermined factor which depends on the watercourse.

Dans le présent exemple, les parois verticales de déflexion 9 de la passe de déflexion 8 forment un angle extérieur β avec la direction d’écoulement 5 (et donc avec les parois verticales de canalisation 11 de la passe centrale d’accélération 10) compris entre 100º et 160º. Cet angle β a de plus été déterminé comme optimal à une valeur de 145º.In the present example, the vertical deflection walls 9 of the deflection pass 8 form an exterior angle β with the flow direction 5 (and therefore with the vertical pipe walls 11 of the central acceleration pass 10) between 100º and 160º. This angle β was also determined to be optimal at a value of 145º.

Dans le sens aval-amont, les parois verticales de déflexion 9 divergent en s’étendant chacune en direction d’une berge 3, jusqu’à une extrémité amont 14 de la paroi. Dans cet exemple, la passe de déflexion 8 présente une largeur, à sa section d’entrée 12, définissant des passes latérales 15 de part et d’autre de la passe de déflexion 8. Ainsi, l’extrémité amont 14 de chaque paroi verticale de déflexion 9 est implantée à une distance prédéterminée de la berge 3 de manière à former une passe latérale 15 entre chaque berge et la paroi verticale de déflexion 9 correspondante. Dans cet exemple, deux passes latérales 15 d’une largeur de l’ordre de 2 m sont ménagées de part et d’autre de la passe de déflexion 8.In the downstream-upstream direction, the vertical deflection walls 9 diverge, each extending in the direction of a bank 3, up to an upstream end 14 of the wall. In this example, the deflection pass 8 has a width, at its entry section 12, defining lateral passes 15 on either side of the deflection pass 8. Thus, the upstream end 14 of each vertical wall deflection 9 is installed at a predetermined distance from the bank 3 so as to form a lateral pass 15 between each bank and the corresponding vertical deflection wall 9. In this example, two lateral passes 15 with a width of around 2 m are provided on either side of the deflection pass 8.

Selon une variante illustrée à la , un séparateur 31 prolonge chaque paroi verticale de déflexion 9 au-delà de l’extrémité amont 14. Ces séparateurs 31 sont formés chacun d’une paroi verticale s’étendant suivant la direction d’écoulement, et permettent une séparation franche des flux partant vers les passes latérales 15 et vers la passe de déflexion 8, et permettent de limiter les zones de turbulence. Les séparateurs 31 ont une longueur sensiblement égale à la largeur des passes latérales 15.According to a variant illustrated in , a separator 31 extends each vertical deflection wall 9 beyond the upstream end 14. These separators 31 are each formed of a vertical wall extending in the direction of flow, and allow clear separation of the flows leaving towards the lateral passes 15 and towards the deflection pass 8, and make it possible to limit the turbulence zones. The separators 31 have a length substantially equal to the width of the side passes 15.

Pour tous les éléments ici décrits :
– la longueur est définie comme la dimension suivant la direction d’écoulement 5 ;
– la largeur est définie comme la dimension suivant une direction horizontale et orthogonale à la direction d’écoulement 5.For all the elements described here:
– the length is defined as the dimension following the flow direction 5;
– the width is defined as the dimension following a horizontal direction and orthogonal to the flow direction 5.

Ainsi, la largeur de la section d’entrée 12 est de l’ordre de 46 mètres dans cet exemple (la largeur de la section d’entrée 12 correspondant ici à l’écartement des deux extrémités amont 14 des parois verticales de déflexion 9). Le rapport entre la section d’entrée 12 et la section de sortie 13 (coefficient de réduction de section) détermine la réduction de la section d’écoulement de l’eau et détermine donc l’accélération que va subir l’écoulement de l’eau. Le rapport de la largeur de la section d’entrée 12 sur la largeur de la section de sortie 13 est avantageusement situé dans une fourchette allant de 2 à 8. Dans le présent exemple, la largeur de la section de sortie 13 est d’environ 12 m, ce qui correspond à un coefficient de réduction de section de l’ordre de 4 pour la passe de déflexion 8, et donc avec l’accélération par effet Venturi correspondante. Un coefficient de réduction de section de l’ordre de 5 est également intéressant, faisant passer l’écoulement du cours d’eau 2 d’une vitesse de l’ordre de 1 m/s à une vitesse de l’ordre de 5 m/s.Thus, the width of the inlet section 12 is of the order of 46 meters in this example (the width of the inlet section 12 corresponding here to the spacing of the two upstream ends 14 of the vertical deflection walls 9) . The ratio between the inlet section 12 and the outlet section 13 (section reduction coefficient) determines the reduction in the water flow section and therefore determines the acceleration that the flow of the water will undergo. water. The ratio of the width of the inlet section 12 to the width of the outlet section 13 is advantageously located in a range ranging from 2 to 8. In the present example, the width of the outlet section 13 is approximately 12 m, which corresponds to a section reduction coefficient of the order of 4 for deflection pass 8, and therefore with the corresponding acceleration by Venturi effect. A section reduction coefficient of around 5 is also interesting, increasing the flow of watercourse 2 from a speed of around 1 m/s to a speed of around 5 m /s.

La passe centrale d’accélération 10 est raccordée dans la continuité de la section de sortie 13 de la passe de déflexion 8. Les parois verticales de canalisation 11 s’étendent ainsi en continuité des parois verticales de déflexion 9. Cependant, les parois verticales de canalisation 11 sont quant à elles parallèles entre elles et parallèles à la direction d’écoulement 5. L’écartement des parois verticales de canalisation 11 est égal à la largeur de la section de sortie 13 de la passe de déflexion 8.The central acceleration pass 10 is connected in continuity with the outlet section 13 of the deflection pass 8. The vertical pipe walls 11 thus extend in continuity with the vertical deflection walls 9. However, the vertical walls of pipe 11 are for their part parallel to each other and parallel to the flow direction 5. The spacing of the vertical walls of pipe 11 is equal to the width of the outlet section 13 of the deflection pass 8.

Le coefficient de réduction de section défini précédemment correspond donc également au rapport de la largeur de la section d’entrée 12 de la passe de déflexion 8 sur la largeur de la passe centrale d’accélération 10.The section reduction coefficient defined previously therefore also corresponds to the ratio of the width of the inlet section 12 of the deflection pass 8 to the width of the central acceleration pass 10.

Les parois verticales de déflexion 9 et les parois verticales de canalisation 11 sont par exemple réalisées en béton, avec des fondations sous forme de pieux scellés dans le sol.The vertical deflection walls 9 and the vertical pipe walls 11 are for example made of concrete, with foundations in the form of piles sealed in the ground.

La centrale 1 comporte de plus une plateforme 16 fixée sur les parois verticales de canalisation 11 de la passe centrale d’accélération 10. La plateforme 16 supporte un bâtiment technique 17 (visible sur les figures 1 à 4) qui abrite un organe de conversion de l’énergie cinétique du module cylindrique flottant 6, et supporte les éléments de maintien du module cylindrique flottant 6. Une passerelle 18 d’accès à la plate-forme 16 peut être prévue. La plateforme 16 est fixée sur les parois verticales de canalisation 11 de la passe centrale d’accélération 10, de sorte qu’elle soit située à au moins deux mètres du niveau d’eau maximal que le cours d’eau 2 peut atteindre.The power plant 1 further comprises a platform 16 fixed on the vertical pipe walls 11 of the central acceleration pass 10. The platform 16 supports a technical building 17 (visible in Figures 1 to 4) which houses a conversion unit of the kinetic energy of the floating cylindrical module 6, and supports the holding elements of the floating cylindrical module 6. A gateway 18 for access to the platform 16 can be provided. The platform 16 is fixed on the vertical walls of pipe 11 of the central acceleration pass 10, so that it is located at least two meters from the maximum water level that the watercourse 2 can reach.

La est une vue partielle de la centrale 1 sans le bâtiment technique 17, et rend visibles l’organe de conversion d’énergie de la centrale 1 ainsi que les moyens de maintien du module cylindrique flottant 6.There is a partial view of the power plant 1 without the technical building 17, and makes visible the energy conversion member of the power plant 1 as well as the means for maintaining the floating cylindrical module 6.

Dans le présent exemple, la centrale 1 converti l’énergie mécanique de l’écoulement du cours d’eau en énergie électrique et l’organe de conversion d’énergie est donc une machine électrique 23 adaptée à convertir l’énergie cinétique relative à la rotation du module cylindrique flottant 6, en énergie électrique.In the present example, the power plant 1 converts the mechanical energy of the flow of the watercourse into electrical energy and the energy conversion member is therefore an electrical machine 23 adapted to convert the kinetic energy relating to the rotation of the floating cylindrical module 6, in electrical energy.

En référence aux figures 1 et 2 et 6, le module cylindrique flottant 6 comporte un cylindre central 19 qui présente une flottabilité positive, et les pales radiales 7 sont fixées sur la surface du cylindre central 19, régulièrement sur tout son pourtour.With reference to Figures 1 and 2 and 6, the floating cylindrical module 6 comprises a central cylinder 19 which has positive buoyancy, and the radial blades 7 are fixed on the surface of the central cylinder 19, regularly over its entire periphery.

Le module cylindrique flottant 6 est associé à un support de rotation qui lui permet à la fois de tourner et de suivre les variations du niveau d’eau. Le support de rotation est librement mobile verticalement entre différentes positions, qui correspondent à différentes positions verticales du module cylindrique flottant 6, permettant à ce dernier diverses altitudes de flottabilité.The floating cylindrical module 6 is associated with a rotation support which allows it to both rotate and follow variations in the water level. The rotation support is freely movable vertically between different positions, which correspond to different vertical positions of the floating cylindrical module 6, allowing the latter various altitudes of buoyancy.

Dans le présent exemple, ce support de rotation comporte un axe de rotation 20 constitué d’un ou plusieurs arbres coaxiaux au cylindre central 19, saillant de part et d’autre des faces d’extrémité du cylindre central 19 et participant à une liaison pivot permettant la rotation du module cylindrique flottant 6 sur lui-même, suivant son axe longitudinal. Le support de rotation comporte de plus deux tirants 21, avec lesquels l’axe de rotation 20 est en liaison pivot par tout moyen connu (grâce à des roulements par exemple). Les tirants 21 sont eux-mêmes montés en liaison pivot avec la plate-forme 16.In the present example, this rotation support comprises an axis of rotation 20 consisting of one or more shafts coaxial with the central cylinder 19, projecting from either side of the end faces of the central cylinder 19 and participating in a pivot connection allowing the rotation of the floating cylindrical module 6 on itself, along its longitudinal axis. The rotation support further comprises two tie rods 21, with which the axis of rotation 20 is in pivotal connection by any known means (thanks to bearings for example). The tie rods 21 are themselves mounted in pivotal connection with the platform 16.

Plus précisément, l’axe de rotation 20 est monté sur des paliers à l’une des extrémités de chaque tirant 21, tandis que l’autre extrémité de chaque tirant 21 est montée sur un palier 22 fixé sur la plate-forme 16, et donc sur un élément fixe par rapport à la passe centrale d’accélération 10.More precisely, the axis of rotation 20 is mounted on bearings at one of the ends of each tie rod 21, while the other end of each tie rod 21 is mounted on a bearing 22 fixed on the platform 16, and therefore on a fixed element relative to the central acceleration pass 10.

Ainsi, le module cylindrique flottant 6 peut flotter librement à la surface de l’eau du cours d’eau 2 toujours selon la même ligne de flottaison. Le mouvement des tirants 21 accompagne les variations du niveau d’eau.Thus, the floating cylindrical module 6 can float freely on the surface of the water of the watercourse 2 always along the same waterline. The movement of the tie rods 21 accompanies variations in the water level.

En référence à la vue de dessus de la , le module cylindrique flottant 6 est disposé dans la passe centrale d’accélération 10 avec son axe de rotation 20 qui est orthogonal à la direction d’écoulement 5. Les dimensions du module cylindrique flottant 6 sont choisies pour que ce dernier occupe la quasi-totalité de la largeur disponible dans la passe centrale d’accélération 10, avec cependant l’espace latéral nécessaire pour le positionnement et la manœuvre des tirants 21 de part et d’autre du module cylindrique flottant 6, ainsi que des éléments de transmission de la rotation du module cylindrique flottant 6.Referring to the top view of the , the floating cylindrical module 6 is arranged in the central acceleration pass 10 with its axis of rotation 20 which is orthogonal to the flow direction 5. The dimensions of the floating cylindrical module 6 are chosen so that the latter occupies almost the entire width available in the central acceleration pass 10, with however the lateral space necessary for the positioning and maneuvering of the tie rods 21 on either side of the floating cylindrical module 6, as well as the transmission elements of the rotation of the floating cylindrical module 6.

En référence aux figures 5 et 7, le mouvement de rotation du module cylindrique flottant 6 est transmis à la machine électrique 23 grâce à un élément de transmission 33 entre l’axe de rotation 20 et l’axe du palier 22. La transmission de la rotation du module cylindrique flottant 6 est ainsi permise conjointement à la possibilité de mouvement des tirants 21.With reference to Figures 5 and 7, the rotational movement of the floating cylindrical module 6 is transmitted to the electric machine 23 thanks to a transmission element 33 between the axis of rotation 20 and the axis of the bearing 22. The transmission of the rotation of the floating cylindrical module 6 is thus permitted jointly with the possibility of movement of the tie rods 21.

Dans le présent exemple, cet élément de transmission 33 comporte une roue dentée coaxiale avec l’axe de rotation 20, solidaire en rotation du module cylindrique flottant 6, ainsi qu’une chaine de transmission engrenant sur un pignon 24 en liaison pivot sur le palier 22.In the present example, this transmission element 33 comprises a toothed wheel coaxial with the axis of rotation 20, integral in rotation with the floating cylindrical module 6, as well as a transmission chain meshing with a pinion 24 in pivot connection on the bearing 22.

Dans l’exemple illustré à la , le pignon 24 est couplé à un autre pignon coaxial dont la rotation est transmise à la machine électrique 23 par une chaine secondaire 25.In the example illustrated in , the pinion 24 is coupled to another coaxial pinion whose rotation is transmitted to the electric machine 23 by a secondary chain 25.

La centrale 1 comporte de plus un dispositif de compensation de masse 26 qui permet d’augmenter la flottabilité du module cylindrique flottant 6. Dans l’exemple illustré à la , le dispositif de compensation de masse 26 comporte un charriot 34 monté sur une structure 28 qui est fixée sur les parois verticales de canalisation 11 de la passe centrale d’accélération 10. Un câble 29 mouflé relie les tirants 21 à un contrepoids 30 dont la masse est proche, en restant inférieure, à la masse de l’ensemble formé par le module cylindrique flottant 6 et les tirants 21.The power unit 1 further comprises a mass compensation device 26 which makes it possible to increase the buoyancy of the floating cylindrical module 6. In the example illustrated in , the mass compensation device 26 comprises a carriage 34 mounted on a structure 28 which is fixed on the vertical pipe walls 11 of the central acceleration pass 10. A reeled cable 29 connects the tie rods 21 to a counterweight 30 whose mass is close, while remaining lower, to the mass of the assembly formed by the floating cylindrical module 6 and the tie rods 21.

La flottabilité du module cylindrique flottant 6 est ainsi calibrée pour que son enfoncement dans l’eau soit peu supérieur aux dimensions des pales radiales 7. Autrement dit, lorsque le module cylindrique flottant 6 flotte à la surface de l’eau, il s’enfonce dans l’eau d’une valeur légèrement supérieure à la dimension radiale des pales radiales 7. De plus, l’inertie s’opposant au changement d’altitude du module cylindrique flottant 6 sous l’effet d’une variation du niveau d’eau est également réduite par le dispositif de compensation de masse 26.The buoyancy of the floating cylindrical module 6 is thus calibrated so that its sinking into the water is a little greater than the dimensions of the radial blades 7. In other words, when the floating cylindrical module 6 floats on the surface of the water, it sinks in the water of a value slightly greater than the radial dimension of the radial blades 7. In addition, the inertia opposing the change in altitude of the floating cylindrical module 6 under the effect of a variation in the water level Water is also reduced by the mass compensation device 26.

Les figures 1 à 4 illustrent une variante du dispositif de compensation de masse 26, dans laquelle ce dernier comporte simplement un contrepoids 30 et un jeu de poulies le reliant par un câble 29 directement à une structure solidaire des tirants 21.Figures 1 to 4 illustrate a variant of the mass compensation device 26, in which the latter simply comprises a counterweight 30 and a set of pulleys connecting it by a cable 29 directly to a structure secured to the tie rods 21.

Le support de rotation du module cylindrique flottant 6 permet de plus d’extraire le module cylindrique flottant 6 de la passe centrale d’accélération 10 en le plaçant en position de levée (voir position schématisée en pointillés sur la ). Dans le présent exemple, le module cylindrique flottant 6 est mis dans cette position de levée par le dispositif de compensation de masse 26 qui, pour assurer cette fonction supplémentaire, comporte par exemple un galet motorisé 27 permettant, en dehors de la compensation de masse, d’exercer une traction sur les tirants 21. Le module cylindrique flottant 6 est ainsi maintenu par le support de rotation à l’extérieur de la passe centrale d’accélération 10, et est donc désactivé dans cette position de levée, ce qui peut être utile par exemple lors d’une crue, ou d’inondations, afin de laisser passer des débris.The rotation support of the floating cylindrical module 6 also makes it possible to extract the floating cylindrical module 6 from the central acceleration pass 10 by placing it in the lifting position (see position shown schematically in dotted lines on the ). In the present example, the floating cylindrical module 6 is placed in this lifting position by the mass compensation device 26 which, to ensure this additional function, comprises for example a motorized roller 27 allowing, apart from mass compensation, to exert traction on the tie rods 21. The floating cylindrical module 6 is thus held by the rotation support outside the central acceleration pass 10, and is therefore deactivated in this lifting position, which can be useful for example during a flood, or floods, to let debris pass through.

La illustre le module cylindrique flottant 6 seul. Le cylindre central 19 est, dans le présent exemple, un cylindre à section circulaire. Ce cylindre central 19 présente une flottabilité positive par tout moyen adapté. Par exemple, le cylindre central 19 peut être constitué d’un tube hermétiquement clos à ses extrémités, en acier ou en matériau composite, ou rempli d’une mousse à pores fermés. En variante, le cylindre central 19 peut être par exemple réalisé dans un matériau plein, de densité inférieure à celle de l’eau. Ainsi, le cylindre central 19 flotte à la surface de l’eau avec un faible tirant d’eau grâce au dispositif de compensation de masse 26.There illustrates the floating cylindrical module 6 alone. The central cylinder 19 is, in the present example, a cylinder with a circular section. This central cylinder 19 presents positive buoyancy by any suitable means. For example, the central cylinder 19 can be made of a tube hermetically closed at its ends, made of steel or composite material, or filled with a closed-pore foam. Alternatively, the central cylinder 19 can for example be made of a solid material, with a density lower than that of water. Thus, the central cylinder 19 floats on the surface of the water with a shallow draft thanks to the mass compensation device 26.

Les pales radiales 7 du module cylindrique flottant 6 s’étendent radialement à partir du cylindre central 19 d’une valeur qui est dimensionnée en fonction de la profondeur du cours d’eau 2. Grâce à la passe de déflexion 8 et à la passe centrale d’accélération 10, cette valeur est de préférence supérieure à la profondeur moyenne du cours d’eau, comme expliqué plus loin.The radial blades 7 of the floating cylindrical module 6 extend radially from the central cylinder 19 by a value which is dimensioned according to the depth of the watercourse 2. Thanks to the deflection pass 8 and the central pass acceleration 10, this value is preferably greater than the average depth of the watercourse, as explained below.

Dans l’exemple de la , les pales radiales 7 sont planes et s’étendent chacune strictement selon une direction radiale à partir du cylindre central 19. Cependant, l’expression « pales radiales » désigne ici des pales adaptées à être entrainées par l’écoulement de l’eau, et qui s’étendent globalement dans la direction radiale mais qui peuvent néanmoins former un angle par rapport à cette direction radiale, et qui ne sont pas forcément planes.In the example of the , the radial blades 7 are planar and each extend strictly in a radial direction from the central cylinder 19. However, the expression "radial blades" here designates blades adapted to be driven by the flow of water, and which extend generally in the radial direction but which can nevertheless form an angle with respect to this radial direction, and which are not necessarily planar.

La est une vue schématique en coupe partielle du module cylindrique flottant 8 illustrant diverses alternatives pour les pales radiales 7 :
– une pale radiale 7A plane et s’étendant strictement dans la direction radiale ;
– une pale radiale 7B qui est plane mais inclinée d’un angle α par rapport à la direction radiale. L’angle α est de préférence compris entre 0º et 45º ;
– une pale radiale 7C présentant un rayon de courbure d’une valeur comprise entre 2 fois et quatre fois sa dimension dans la direction radiale. Dans le présent exemple, la pale radiale 7C présente une dimension dans la direction radiale de 0,5 m et son rayon de courbure est de 1,16 m.There is a schematic partial sectional view of the floating cylindrical module 8 illustrating various alternatives for the radial blades 7:
– a radial blade 7A that is plane and extends strictly in the radial direction;
– a radial blade 7B which is planar but inclined at an angle α relative to the radial direction. The angle α is preferably between 0º and 45º;
– a radial blade 7C having a radius of curvature of a value between 2 times and four times its dimension in the radial direction. In the present example, the radial blade 7C has a dimension in the radial direction of 0.5 m and its radius of curvature is 1.16 m.

Les pales radiales 7 s’étendent sur toute la largeur du module cylindrique flottant 6 et présentent de préférence une dimension dans la direction radiale qui est supérieure à la hauteur moyenne du cours d’eau. Dans le présent exemple où la hauteur moyenne du cours d’eau est d’environ 40 cm, les pales radiales sont dimensionnées avec une dimension radiale d’environ 50 cm.The radial blades 7 extend over the entire width of the floating cylindrical module 6 and preferably have a dimension in the radial direction which is greater than the average height of the watercourse. In the present example where the average height of the watercourse is approximately 40 cm, the radial blades are sized with a radial dimension of approximately 50 cm.

La complète la en illustrant un exemple d’agencement des pales radiales 7 particulièrement avantageux. La illustre le module cylindrique flottant 6 vu de côté avec ses pales radiales 7 vues de profil, comme sur la . Dans cet exemple, les pales radiales 7 ont un profil semi-circulaire dont le rayon de courbure R est centré sur l’axe A qui est un axe formé par la jonction du cylindre central 19 et de la deuxième pale radiale qui précède la pale radiale considérée (en prenant comme référence le sens de rotation du module cylindrique flottant 6).There complete the by illustrating an example of a particularly advantageous arrangement of the radial blades 7. There illustrates the floating cylindrical module 6 seen from the side with its radial blades 7 seen in profile, as in the . In this example, the radial blades 7 have a semi-circular profile whose radius of curvature R is centered on the axis A which is an axis formed by the junction of the central cylinder 19 and the second radial blade which precedes the radial blade considered (taking as reference the direction of rotation of the floating cylindrical module 6).

Par exemple, sur la , le sens de rotation du module cylindrique flottant 6 est noté S et l’on s’intéresse à une pale radiale particulière notée 7X. La pale radiale 7Y est la deuxième pale radiale qui précède cette pale radiale 7X. Autrement dit, la pale radiale 7X a une pale qui la précède, et cette dernière est elle-même précédée par la pale 7Y. Le terme « précède » fait référence au sens de rotation S, et l’expression « pale radiale qui précède » signifie donc « pale radiale qui se trouve avant, en tournant dans le sens opposé au sens de rotation S ».For example, on the , the direction of rotation of the floating cylindrical module 6 is denoted S and we are interested in a particular radial blade denoted 7X. The 7Y radial blade is the second radial blade which precedes this 7X radial blade. In other words, the radial blade 7X has a blade which precedes it, and the latter is itself preceded by the blade 7Y. The term “precedes” refers to the direction of rotation S, and the expression “radial blade which precedes” therefore means “radial blade which is before, rotating in the direction opposite to the direction of rotation S”.

La pale radiale 7Y présente un profil semi-circulaire, et s’étend suivant une portion de cylindre dont l’axe est l’axe A et dont le rayon est le rayon est noté R. Le rayon R optimal est compris entre 1 m et 2 m. Dans le présent exemple préféré, il vaut 1,16 m. Ces valeurs permettent d’obtenir un profil de pale radiale 7 qui capte au maximum la force de l’écoulement de l’eau, tout en limitant la quantité d’eau soulevée par la pale radiale lorsqu’elle sort de l’eau durant la rotation du module cylindrique flottant 6.The radial blade 7Y has a semi-circular profile, and extends along a portion of a cylinder whose axis is the axis A and whose radius is the radius is noted R. The optimal radius R is between 1 m and 2m. In this preferred example, it is 1.16 m. These values make it possible to obtain a radial blade profile 7 which captures as much as possible the force of the water flow, while limiting the quantity of water lifted by the radial blade when it leaves the water during the rotation of the floating cylindrical module 6.

La illustre également un module cylindrique flottant 6 avec un nombre optimal de 16 pales radiales 7.There also illustrates a floating cylindrical module 6 with an optimal number of 16 radial blades 7.

La illustre un mode de réalisation particulièrement avantageux de la centrale 1 dans laquelle le module cylindrique flottant 6 est constitué de plusieurs sous-modules cylindriques flottants 6A, 6B, 6C qui sont associés pour former l’organe tournant. Selon ce mode de réalisation, les sous-modules cylindriques flottants 6A, 6B, 6C peuvent être fabriqués en grande série, par exemple à partir de cylindres métalliques fermés et étanches de 3 mètres de diamètre et de 1 à 2 mètres de largeur. Ces sous-modules cylindriques flottants 6A, 6B, 6C sont également équipés de pales radiales 7 s’étendant sur toute leur largeur. Dans l’exemple illustré, trois sous-modules cylindriques flottants 6A, 6B, 6C sont associés pour former le module cylindrique flottant 6, étant entendu que autant de sous-modules cylindriques flottants que nécessaires peuvent ainsi être associés pour former un module cylindrique flottant 6 adapté en largeur à un cours d’eau donné.There illustrates a particularly advantageous embodiment of the power plant 1 in which the floating cylindrical module 6 is made up of several floating cylindrical sub-modules 6A, 6B, 6C which are associated to form the rotating member. According to this embodiment, the floating cylindrical submodules 6A, 6B, 6C can be manufactured in large series, for example from closed and sealed metal cylinders of 3 meters in diameter and 1 to 2 meters in width. These floating cylindrical sub-modules 6A, 6B, 6C are also equipped with radial blades 7 extending over their entire width. In the example illustrated, three floating cylindrical submodules 6A, 6B, 6C are associated to form the floating cylindrical module 6, it being understood that as many floating cylindrical submodules as necessary can thus be associated to form a floating cylindrical module 6 adapted in width to a given watercourse.

Ces sous-modules cylindriques flottants 6A, 6B, 6C sont associés de manière modulaire sur un même axe de rotation 20, en prévoyant un nombre de sous-modules cylindriques flottants 6A, 6B, 6C en fonction de la largeur souhaitée pour le module cylindrique flottant 6 complet, compte tenu des dimensions de la passe centrale d’accélération 10 dans laquelle est implanté ce module cylindrique flottant 6 modulaire. Les pales radiales de chaque sous-module cylindrique flottant 6A, 6B, 6C sont alignées pour former des pales s’étendant sur sensiblement toute la largeur du module cylindrique flottant 6 complet.These floating cylindrical sub-modules 6A, 6B, 6C are associated in a modular manner on the same axis of rotation 20, by providing a number of floating cylindrical sub-modules 6A, 6B, 6C depending on the desired width for the floating cylindrical module 6 complete, taking into account the dimensions of the central acceleration pass 10 in which this modular floating cylindrical module 6 is installed. The radial blades of each floating cylindrical sub-module 6A, 6B, 6C are aligned to form blades extending over substantially the entire width of the complete floating cylindrical module 6.

Que le module cylindrique flottant 6 soit unique ou modulaire, les pales radiales 7 s’étendent ainsi globalement sur toute la largeur du module cylindrique flottant 6, c’est-à-dire que les pales sont opérantes sur toute cette largeur.Whether the floating cylindrical module 6 is single or modular, the radial blades 7 thus extend generally over the entire width of the floating cylindrical module 6, that is to say that the blades are operative over this entire width.

De plus, le module cylindrique flottant 6 occupe un maximum de la largeur disponible dans la passe centrale d’accélération 10. L’écoulement d’eau est ainsi canalisé dans la passe centrale d’accélération 10 pour contribuer presque exclusivement à l’entrainement des pales radiales 7, avec peu de latitude pour contourner les pales radiales 7. De préférence, la largeur du module cylindrique flottant 6 est supérieure aux 3/4 de la largeur de la passe centrale d’accélération 10.In addition, the floating cylindrical module 6 occupies a maximum of the width available in the central acceleration pass 10. The flow of water is thus channeled into the central acceleration pass 10 to contribute almost exclusively to the training of the radial blades 7, with little latitude to circumvent the radial blades 7. Preferably, the width of the floating cylindrical module 6 is greater than 3/4 of the width of the central acceleration pass 10.

Les longueurs L1 et L2 de la passe de déflexion 8 et de la passe centrale d’accélération 10 doivent respecter des proportions permettant l’accélération progressive de la vitesse d’écoulement d’eau dans la passe de déflexion 8, et la formation d’un écoulement laminaire dans la passe centrale d’accélération 10, avant d’atteindre le module cylindrique flottant.The lengths L1 and L2 of the deflection pass 8 and the central acceleration pass 10 must respect proportions allowing the progressive acceleration of the water flow speed in the deflection pass 8, and the formation of a laminar flow in the central acceleration pass 10, before reaching the floating cylindrical module.

Les valeurs optimales déterminées par l’inventeur pour le dimensionnement de la centrale 1 sont les suivantes :
– la largeur de la section d’entrée 12 de la passe de déflexion 8 est sensiblement égale à la largeur du chenal 4 diminuée de la largeur des passes latérales 15, ces dernières présentant chacune une largeur correspondant à environ 5 % de la largeur du chenal 4 ;
– la largeur de la section de sortie 13 de la passe de déflexion 8 (et donc la largeur de la passe centrale d’accélération 10 qui est sensiblement égale), est égale environ au 1/4 ou au 1/5 de la largeur de la section d’entrée 12 ;
– la longueur L1 de la passe de déflexion 8 (c’est-à-dire la dimension des parois verticales de déflexion 9 projetée sur la direction d’écoulement 5, voir ) est comprise entre 1,5 et 4 fois la largeur de la section de sortie 13. De manière optimale, cette longueur L1 est sensiblement égale au double de la largeur de la section de sortie 13 de la passe de déflexion 8 ;The optimal values determined by the inventor for the sizing of power plant 1 are as follows:
– the width of the entry section 12 of the deflection pass 8 is substantially equal to the width of the channel 4 reduced by the width of the lateral passes 15, the latter each having a width corresponding to approximately 5% of the width of the channel 4;
– the width of the outlet section 13 of the deflection pass 8 (and therefore the width of the central acceleration pass 10 which is substantially equal), is approximately equal to 1/4 or 1/5 of the width of the entrance section 12;
– the length L1 of the deflection pass 8 (i.e. the dimension of the vertical deflection walls 9 projected onto the flow direction 5, see ) is between 1.5 and 4 times the width of the outlet section 13. Optimally, this length L1 is substantially equal to twice the width of the outlet section 13 of the deflection pass 8;

– la longueur L2 de la passe centrale d’accélération 10 est supérieure ou sensiblement égale à la largeur de la section de sortie 13. De manière optimale, cette longueur L2 est sensiblement égale à la largeur de la section de sortie 13 de la passe de déflexion 8, ce qui permet de garder une centrale compacte, tout en favorisant suffisamment la formation d’un écoulement laminaire à l’approche du module cylindrique flottant 8.
– the length L2 of the central acceleration pass 10 is greater than or substantially equal to the width of the outlet section 13. Optimally, this length L2 is substantially equal to the width of the outlet section 13 of the acceleration pass deflection 8, which makes it possible to keep a compact power plant, while sufficiently promoting the formation of a laminar flow as it approaches the floating cylindrical module 8.

Dans le présent exemple :
– le cours d’eau 2 présente une largeur d’environ 50 m, et les passes latérales 15 ont une largeur d’environ 2 m chacune ;
– la largeur de la section d’entrée 12 de la passe de déflexion 8 est donc de 46 m environ ;
– la largeur de la section de sortie 13 de la passe de déflexion 8 est d’environ 12 m (soit un coefficient de réduction de section de l’ordre de 4) ;
– la largeur de la passe centrale d’accélération 10 est sensiblement égale à la largeur de la section de sortie 13 de la passe de déflexion 8, soit environ 12 m ;
– la longueur L1 de la passe de déflexion 8 est d’environ 24 m ;
– la longueur L2 de la passe centrale d’accélération 10 est d’environ 12 m.In this example:
– the watercourse 2 has a width of approximately 50 m, and the side passes 15 have a width of approximately 2 m each;
– the width of the entry section 12 of the deflection pass 8 is therefore approximately 46 m;
– the width of the outlet section 13 of the deflection pass 8 is approximately 12 m (i.e. a section reduction coefficient of the order of 4);
– the width of the central acceleration pass 10 is substantially equal to the width of the outlet section 13 of the deflection pass 8, i.e. approximately 12 m;
– the length L1 of the deflection pass 8 is approximately 24 m;
– the length L2 of the central acceleration pass 10 is approximately 12 m.

En référence à la , selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les parois verticales de déflexion 9 de la passe de déflexion 8 ont une hauteur variable, elles présentent en effet une hauteur plus importante au niveau de la section de sortie 13 que de la section d’entrée 12. De préférence, les parois verticales de déflexion 9 présentent une hauteur au niveau de la section de sortie 13 correspondant sensiblement à trois fois leur hauteur au niveau de la section d’entrée 12.In reference to the , according to a particularly advantageous embodiment, the vertical deflection walls 9 of the deflection pass 8 have a variable height, they in fact have a greater height at the outlet section 13 than at the inlet section 12 Preferably, the vertical deflection walls 9 have a height at the outlet section 13 corresponding substantially to three times their height at the inlet section 12.

Dans le présent exemple, pour un cours d’eau 2 d’environ 40 centimètres de profondeur moyenne, la hauteur des parois verticales de déflexion 9 au niveau de la section d’entrée 12 est de 0,5 m, et leur hauteur au niveau de la section de sortie 13 est de 1,5 m.In the present example, for a stream 2 of approximately 40 centimeters in average depth, the height of the vertical deflection walls 9 at the level of the entry section 12 is 0.5 m, and their height at the level of outlet section 13 is 1.5 m.

La illustre par ailleurs une caractéristique préférée de l’invention qui procure le meilleur rendement. Sur la , les pales radiales 7 sont formées avec un profil semi-circulaire, comme sur la . En ce qui concerne l’agencement du module cylindrique flottant 6, et en variante par rapport à l’agencement illustré aux figures 1 et 2, le module cylindrique flottant 6 est ici agencé le plus en aval possible à l’intérieur de la passe centrale d’accélération 10, tout en restant dans cette passe centrale d’accélération 10. Plus précisément, le cylindre enveloppant 35 du module cylindrique flottant 6 est tangent au plan passant par les deux rebords aval 36 des parois verticales de canalisation 11 de la passe centrale d’accélération 10. Le cylindre enveloppant 35 est un cylindre théorique, coaxial au cylindre central 19, et tangent à l’extrémité de chaque pale radiale 7.There also illustrates a preferred characteristic of the invention which provides the best efficiency. On the , the radial blades 7 are formed with a semi-circular profile, as on the . With regard to the arrangement of the floating cylindrical module 6, and as a variant of the arrangement illustrated in Figures 1 and 2, the floating cylindrical module 6 is here arranged as far downstream as possible inside the central pass acceleration 10, while remaining in this central acceleration pass 10. More precisely, the enveloping cylinder 35 of the floating cylindrical module 6 is tangent to the plane passing through the two downstream edges 36 of the vertical pipe walls 11 of the central pass acceleration 10. The enveloping cylinder 35 is a theoretical cylinder, coaxial with the central cylinder 19, and tangent to the end of each radial blade 7.

La centrale 1 fonctionne de la manière indiquée ci-après, en référence à l’ensemble des figures.The control unit 1 operates in the manner indicated below, with reference to all the figures.

Durant l’écoulement du cours d’eau 2, la présence de la passe de déflexion 8 crée une résistance à l’écoulement dès sa section d’entrée 12. Cette résistance provoque un front turbulent 32 à la section d’entrée 12 qui élève le niveau d’eau dans tout l’intérieur de la passe de déflexion 8.During the flow of the watercourse 2, the presence of the deflection pass 8 creates a resistance to the flow from its inlet section 12. This resistance causes a turbulent front 32 at the inlet section 12 which raises the water level throughout the interior of the deflection pass 8.

Comme illustré à la , la montée du niveau de l’écoulement est limitée par la hauteur des parois verticales de déflexion 9 de la passe de déflexion 8. Dans le présent exemple, la hauteur de la paroi verticale de déflexion 9 étant variable, la limitation de cette élévation de niveau de l’écoulement d’eau est donc limitée de manière variable :
– à 0,5 m au-dessus du fond du cours d’eau 2, au niveau de la section d’entrée 12 ;
– à 1,5 m au-dessus du fond du cours d’eau 2, au niveau de la section de sortie 13 ;
– à une hauteur intermédiaire entre ces deux extrêmes lorsque le point considéré est entre la section d’entrée 12 et la section de sortie 13.As illustrated in , the rise in the flow level is limited by the height of the vertical deflection walls 9 of the deflection pass 8. In the present example, the height of the vertical deflection wall 9 being variable, the limitation of this elevation of level of water flow is therefore limited in a variable manner:
– 0.5 m above the bottom of watercourse 2, at the level of entry section 12;
– 1.5 m above the bottom of watercourse 2, at the level of outlet section 13;
– at an intermediate height between these two extremes when the point considered is between the inlet section 12 and the outlet section 13.

Au fur et à mesure de sa progression dans la passe de déflexion 8, le fluide subit une accélération par effet Venturi, tandis que sa hauteur peut continuer à augmenter au fur et à mesure de l’augmentation de la hauteur des parois verticales de déflexion 9.As it progresses through the deflection pass 8, the fluid undergoes acceleration by the Venturi effect, while its height can continue to increase as the height of the vertical deflection walls 9 increases. .

Ainsi, lorsque le débit du cours d’eau est suffisant, une partie de l’écoulement d’eau passe par-dessus les parois verticales de déflexion 9 et limite la masse d’eau à l’intérieur de la passe de déflexion 8, cette sortie d’eau ayant lieu surtout sur la partie amont de la passe de déflexion 8 (du fait de la hauteur réduite des parois verticales de déflexion 9) et ayant de moins en moins lieu en se rapprochant de la section de sortie 13 (du fait de la hauteur allant en augmentant des parois verticales de déflexion 9).Thus, when the flow rate of the watercourse is sufficient, part of the water flow passes over the vertical deflection walls 9 and limits the mass of water inside the deflection pass 8, this water outlet taking place mainly on the upstream part of the deflection pass 8 (due to the reduced height of the vertical deflection walls 9) and taking place less and less as it approaches the outlet section 13 (of the makes the height increasing by increasing the vertical walls of deflection 9).

Si, par un exercice de pensée, l’on considère la masse d’eau à l’intérieur de la passe de déflexion 8 de manière statique, à un moment donné de l’écoulement (comme une prise de photo), cette masse d’eau présente un niveau non pas horizontal mais sensiblement oblique qui va en augmentant vers l’aval. Ce conditionnement de la masse d’eau est conjoint à son accélération par effet Venturi.If, through a thought exercise, we consider the mass of water inside the deflection pass 8 statically, at a given moment of the flow (like taking a photo), this mass d The water has a level that is not horizontal but noticeably oblique which increases towards the downstream. This conditioning of the water mass is combined with its acceleration by the Venturi effect.

En variante, les parois verticales de déflexion 9 peuvent cependant avoir une hauteur constante.Alternatively, the vertical deflection walls 9 can however have a constant height.

Que les parois verticales de déflexion 9 de la passe de déflexion 8 soient de hauteur variable ou non, ces parois verticales de déflexion 9 permettent de prévoir un module cylindrique flottant 6 avec des pales radiales 7 qui sont d’une dimension selon la direction radiale au moins égale, et de préférence supérieure, à la hauteur d’eau du cours d’eau (dans le présent exemple, les pales radiales 7 présentent une dimension radiale de 0,5 m, et le cours d’eau présente un niveau moyen d’environ 0,4 m).Whether the vertical deflection walls 9 of the deflection pass 8 are of variable height or not, these vertical deflection walls 9 make it possible to provide a floating cylindrical module 6 with radial blades 7 which are of a dimension according to the radial direction at less equal, and preferably greater, to the water height of the watercourse (in the present example, the radial blades 7 have a radial dimension of 0.5 m, and the watercourse has an average level of 'approximately 0.4 m).

Les pales radiales 7 présentent une dimension suivant la direction radiale qui est au moins égale à la hauteur des parois verticales de déflexion 9 de la passe de déflexion 8 au niveau de sa section d’entrée 12.The radial blades 7 have a dimension in the radial direction which is at least equal to the height of the vertical deflection walls 9 of the deflection pass 8 at the level of its inlet section 12.

En aval de la passe de déflexion 8, l’écoulement se fait dans la passe centrale d’accélération 10 dont la longueur est calibrée à une valeur suffisante pour que les turbulences créées dans la passe de déflexion 8 s’apaisent, et que l’écoulement revienne à un écoulement sensiblement laminaire dont le débit et la vitesse ont été calibrés au préalable par la passe de déflexion 8.Downstream of the deflection pass 8, the flow takes place in the central acceleration pass 10, the length of which is calibrated to a sufficient value so that the turbulence created in the deflection pass 8 subsides, and that the flow returns to a substantially laminar flow whose flow rate and speed have been calibrated beforehand by the deflection pass 8.

La passe centrale d’accélération 10 est ainsi dénommée, car l’écoulement qui y est canalisé est accéléré par rapport à l’écoulement normal du cours d’eau 2, grâce à l’action de la passe de déflexion 8.The central acceleration pass 10 is thus named because the flow channeled there is accelerated compared to the normal flow of the watercourse 2, thanks to the action of the deflection pass 8.

Dans la passe centrale d’accélération 10, le module cylindrique flottant 6 est entrainé en rotation par cet écoulement sensiblement laminaire. La flottabilité du module cylindrique flottant 6 est augmentée par le dispositif de compensation de masse 26 qui permet au module cylindrique flottant 6 de maximiser le captage de la force de l’écoulement, et de limiter sa surface mouillée.In the central acceleration pass 10, the floating cylindrical module 6 is rotated by this substantially laminar flow. The buoyancy of the floating cylindrical module 6 is increased by the mass compensation device 26 which allows the floating cylindrical module 6 to maximize the capture of the force of the flow, and to limit its wetted surface.

Si la hauteur ou le débit du cours d’eau 2 varient, et notamment s’ils baissent suffisamment pour que le niveau d’eau dans la passe centrale d’accélération 10 soit inférieur à la hauteur des parois verticales de déflexion 9 de la passe de déflexion 8 au niveau de la section de sortie 13, le support de rotation du module cylindrique flottant 6 permettra à ce dernier de rester toujours à la même altitude par rapport au niveau de l’eau.If the height or flow rate of the watercourse 2 varies, and in particular if they drop sufficiently so that the water level in the central acceleration pass 10 is lower than the height of the vertical deflection walls 9 of the pass deflection 8 at the outlet section 13, the rotation support of the floating cylindrical module 6 will allow the latter to always remain at the same altitude relative to the water level.

Optionnellement, une butée basse peut être prévue sur le support de rotation du module cylindrique flottant 6, de sorte à empêcher les pales radiales 7 de toucher le fond du cours d’eau 2 en limitant l’altitude possible du module cylindrique flottant 6. Cette altitude minimale définie par la butée basse correspond de préférence à une altitude ménageant une hauteur d’eau sous les pales radiales 7 correspondant à la hauteur d’eau minimale pour la vie des poissons se trouvant dans le cours d’eau, pour garantir une complète continuité écologique du cours d’eau 2.Optionally, a lower stop can be provided on the rotation support of the floating cylindrical module 6, so as to prevent the radial blades 7 from touching the bottom of the watercourse 2 by limiting the possible altitude of the floating cylindrical module 6. This minimum altitude defined by the lower stop preferably corresponds to an altitude providing a height of water under the radial blades 7 corresponding to the minimum height of water for the life of the fish found in the watercourse, to guarantee complete ecological continuity of the watercourse 2.

La centrale 1 permet ainsi de produire une énergie (dans cet exemple, il s’agit d’énergie électrique) quasiment en continu avec une empreinte environnementale extrêmement faible, et largement inférieure à toutes les solutions actuellement connues de conversion d’énergies renouvelables.Power plant 1 thus makes it possible to produce energy (in this example, it is electrical energy) almost continuously with an extremely low environmental footprint, and much lower than all currently known solutions for converting renewable energies.

Des variantes de réalisation de la centrale de conversion d’énergie hydraulique fluviale peuvent être envisagées.Alternative designs for the river hydraulic energy conversion plant can be considered.

Par exemple, le support de rotation du module cylindrique flottant 6 peut être agencé différemment, tout en permettant à la fois la rotation du module cylindrique flottant 6 et son déplacement vertical. Le support de rotation peut par exemple comporter des galets sur lequel repose et roule le module cylindrique flottant 6, ces galets étant librement mobiles verticalement.For example, the rotation support of the floating cylindrical module 6 can be arranged differently, while allowing both the rotation of the floating cylindrical module 6 and its vertical movement. The rotation support can for example include rollers on which the floating cylindrical module 6 rests and rolls, these rollers being freely movable vertically.

Le déplacement vertical du module cylindrique flottant 6 peut également être réalisé par tout moyen mécanique alternatif aux tirants 21, par exemple une glissière verticale.The vertical movement of the floating cylindrical module 6 can also be achieved by any mechanical means alternative to the tie rods 21, for example a vertical slide.

Le dispositif de compensation de masse 26 peut également être constitué de tout moyen alternatif, par exemple par des ressorts ou vérins à gaz.The mass compensation device 26 can also be made up of any alternative means, for example by springs or gas cylinders.

Claims

River hydraulic energy conversion plant, adapted to convert the energy relating to the flow of a liquid in a channel following a flow direction (5), this conversion plant comprising a rotating member, adapted to be driven in rotation by said flow of liquid, and a member for converting the kinetic energy of the rotating member, this conversion unit being characterized in that it comprises:
– a deflection pass (8) delimited by vertical deflection walls (9) extending obliquely on either side of the flow direction (5), between an inlet section (12) and a section outlet (13), the outlet section (13) being of a width less than the width of the inlet section (12);
– a central acceleration pass (10) delimited by vertical pipe walls (11) extending substantially in said flow direction (5), the central acceleration pass (10) being connected to the outlet section (13) of the deflection pass (8), downstream of the deflection pass (8);
and in that the rotating member comprises:
– a floating cylindrical module (6) provided with radial blades (7), placed in the central acceleration pass (10); And
– a rotation support for the floating cylindrical module (6), this rotation support being freely movable vertically.

Conversion plant according to one of the preceding claims, characterized in that the vertical deflection walls (9) have an increasing height in the direction of the central acceleration pass (10).

Conversion plant according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a compensation device (26) for the mass of the floating cylindrical module (6).

Conversion plant according to one of the preceding claims, characterized in that the vertical deflection walls (9) form with the direction of flow (5) an external angle of between 100º and 160º.

Conversion plant according to one of the preceding claims, characterized in that, the length being defined as the dimension following the direction of flow (5) and the width being defined as the dimension following a horizontal direction and orthogonal to the direction d flow (5), the deflection pass (8) has a length (L1) substantially equal to twice the width of the outlet section (13) of the deflection pass (8).

Conversion plant according to one of the preceding claims, characterized in that, the width being defined as the dimension in a horizontal direction and orthogonal to the flow direction (5), the ratio of the width of the inlet section (12) over the width of the outlet section (13) of the deflection pass (8) is between 2 and 8.

Conversion plant according to one of the preceding claims, characterized in that, the length being defined as the dimension following the direction of flow (5) and the width being defined as the dimension following a horizontal direction and orthogonal to the direction d flow (5), the central acceleration pass (10) has a length (L2) substantially equal to the width of the outlet section (13) of the deflection pass (8).

Conversion plant according to one of the preceding claims, characterized in that the radial blades (7) of the floating cylindrical module (6) have a dimension in the radial direction which is at least equal to the height of the vertical deflection walls (9). ) at the entrance section (12) of the deflection pass (8).

Conversion plant according to one of the preceding claims, characterized in that, the width being defined as the dimension in a horizontal direction and orthogonal to the direction of flow (5), the radial blades (7) extend over the entire the width of the floating cylindrical module (6), and in that the width of the floating cylindrical module (6) is greater than 3/4 of the width of the central acceleration pass (10).

Conversion plant according to one of the preceding claims, characterized in that the floating cylindrical module (6) comprises a central cylinder (19) which has positive buoyancy, the radial blades (7) being fixed on the surface of the central cylinder ( 19), regularly over its entire periphery, and in that the radial blades (7) each have a semi-circular profile whose radius of curvature (R) is centered on an axis (A) formed by the junction of the central cylinder ( 19) and the second radial blade which precedes the radial blade considered, following the direction of rotation of the floating cylindrical module (6).