OA21710A - Dispositif d'auto-alimenttion énergétique d'un système d'adduction en eau potabble. - Google Patents

Abstract

Le dispositif d'auto-alimentation énergétique d'un système d'adduction d'eau comprend : Une source d'énergie motrice (1) (groupe électrogène ou panneau solaire ou raccordés directement au réseau public et), un forage (2), deux pompes (PI, P2) (3), montées en parallèle, un réservoir de stockage (4), des fils électriques (FI et F2), des Conduites de refoulement/adductions (Cl, C2, C3) ; une conduite de distribution (C4), des vannes (V1, V2, V3, V4), d'un couple turbine /alternateur (5) et des points de desserte. <img file="OA21710A_A0001.tif"/> Planche Unique - Fig. 1

Description

II. DESCRIPTION :

2.1. Introduction :

L'accès a l’eau et l'énergie est essentiel au développement économique, social, et politique. L'énergie renouvelable reste, par ailleurs, la clef de voûte de la préservation de l'environnement et fait partie intégrante de la solution pour poursuivre les objectifs d'un développement durable. Ce Dispositif d auto-ahmentions énergétique a été créé pour porter un accent particulier sur ces deux aspects dans la conception de nos systèmes d’adduction d’eau potable pour une production suffisante d’eau à moindre cout sans polluer la nature.

2.2. Etat de la technique :

Le système d’alimentation en eau est un ensemble d’installations liées entre elles destiné à assurer l'approvisionnement d'une agglomération, une unité industrielle où un ensemble d'unité industrielle en eau de qualité saine. Un système classique d'alimentation en eau est composé d'une ou plusieurs prises d'eau (avec adduction gravitaire ou pompage d'eau brute ,une ou plusieurs stations de traitement (avec adduction gravitaire ou pompage d'eau traité ,un ou plusieurs réservoirs de distribution , un ou plusieurs réseaux de distribution .Lorsque la source d'approvisionnement est l'eau souterraine protégée contre toute contamination le système peut se présenter comme suit: Captage de la ressource en eau (Forage), Système d'exhaure, Système d'énergie , Réservoir de stockage, Reseau de distribution. Le bon choix de ces éléments techniques constitue une composante déterminante dans la réussite de son fonctionnement. En effet, un réseau d'adduction d'eau potable doit d'abord être bien conçu techniquement et bien construit en prenant en compte toutes les exigences du site en question. Les systèmes de pompage pour l'exhaure d'eau utilisent soit de l'énergie solaire, soit de l'énergie thermique dans les zones ou le réseau électrique n'est pas installé, ou mixte par couplage de deux sources. Ces éléments techniques constitutifs du système d'adduction d'eau assurent les fonctions suivantes.

Système d'exhaure

Le pompage de la source d'approvisionnement requiert l'installation d'un système d'exhaure qui, grâce a l'energie mécanique qu'il apporte, permet de remonter l'eau vers un point de refoulement plus haut. Generalement, ce système repose sur le fonctionnement d'une pompe selon l'alimentation en énergie Elles sont de deux types :1a pompe standard qui s'alimente par courant alternatif et nécessite des dispositifs d'ondulation en cas d'utilisation de l'énergie solaire et la pompe solaire à courant continu qui utilise l'energie solaire sans avoir besoin d'un autre dispositif de transformation mais d'un dispositif de conversion d'énergie en cas d'utilisation d'un générateur en courant alternatif Ces pompes sont équipées de conduite d'aspiration: Tuyau assurant le transport de l'eau souterraine vers la pompe dans le cas d'installation d'une pompe immergée, il n'y a pas besoin d'une conduite d aspiration, de la Conduite de refoulement : Tuyau allant de la pompe à l'ouvrage de stockage ,du Clapet anti-retour : Organe qui permet d'éviter le risque de reflux en cas d'arrêt brusque de fonctionnement du système d'énergie. Il est installé au niveau de l'orifice de la conduite de refoulement ou intégré dans la pompe ,1a protection anti-bélier afin de protéger la conduite de

Originale refoulement et la pompe contre la surpression en cas d'arrêt brusque de la pompe, d'un Boîtier de commande/ Contrôleur, permettant l'arrêt de la pompe (si le niveau de l'aquifère est trop bas ou si le niveau statique souhaité n'est pas atteint au démarrage de la pompe ou si le réservoir est plein) et le démarrage automatique de la pompe lorsque le niveau d'eau dans le réservoir n'atteint pas le niveau minimal requis, d'un flotteur, installé dans le réservoir et relié au boîter de commande. Il envoie un signal au boîtier de commande renseignant sur le niveau d'eau dans le réservoir, La sondes de niveau d'eau : Pour détecter le niveau d'eau dans le forage et le communiquer au boîtier de commande. Différents systèmes d'énergie utilisant chacun un type de source d'énergie alimentent ces pompes :Energie hydraulique (Roue à aube) : nécessite la présence d'une vitesse minimale dans le cours d eau et la hauteur de refoulement qu'il assure est faible, l'énergie solaire : récupérée grâce à I ensoleillement du site et fait appel à des panneaux solaires, l'énergie éolienne : sa source est le vent et nécessite I installation des éoliens de grandes tailles, l'énergie thermique : assurée via un groupe électrogène. Ces différentes sources d'énergie ont des avantages et des inconvénients d'où la nécessité souvent de faire recours à des système hybride pour optimiser l'exploitation.

L'énergie thermique : Un groupe électrogène est un système reposant sur le fonctionnement d'un moteur qui transforme l'énergie thermique (gasoil) en énergie électrique. Il en résulte alors que pour limiter la consommation horaire du gasoil (fonction de la quantité d'eau pompée et de la durée de pompage), il faut optimiser le dimensionnement du groupe électrogène. Un des problèmes majeurs de ce type de système d alimentation en énergie est son coût d'exploitation élevé, maintenance et fonctionnement très coûteux mais avec un débit de pompage important.

Le solaire : ce système fait appel à des panneaux photovoltaïques qui sont composés de cellules dont l'assemblage permet de fournir de l'énergie électrique à partir de la lumière du soleil. Le courant produit est continu avec ce système d'énergie, il y a possibilité de stocker de l'énergie dans des batteries pour pouvoir pomper l'eau toute la journée, même en dehors de la période d'ensoleillement Cependant l'utilisation de batteries à plusieurs inconvénients parmi lesquels : Un coût élevé, requiert un contrôle régulier, produit beaucoup de déchets et nécessite le remplacement régulier des batteries utilisées. Pour remédier à ces problèmes, il est conseillé de pomper au fil du soleil, c'est à dire sans faire appel à des batteries. Le captage de l'énergie solaire se fait uniquement durant la période de fort ensoleillement afin de pomper I eau et la stocker dans le réservoir d'eau pour pouvoir assurer la distribution toute la Journée et notamment le soir et tôt le matin. Le dimensionnement du réservoir doit alors tenir en compte Cette contrainte. Le générateur solaire à un coût élevé à la réalisation d'où la nécessité de sécuriser des fonds sur une longue période pour le renouvellement de ses équipements, ils sont sensibles aux aléas climatiques. Cependant il a des avantages peu de panne du système, pas de charges récurrentes, durée de vie importante.

Réseau électrique : Pompage en continu avec une charges récurrentes faibles mais rupture d'eau en cas de coupure

- Système de stockage

Originale

En vue d'assurer la continuité de service au niveau d'un réseau d'adduction d'eau potable, une réserve en eau stockée doit être toujours disponible. Cette réserve constitue un tampon entre le volume mobilisé à partir de la Source et le volume distribué. Le débit d'adduction est quasiment constant et bien situé dans le temps par contre celui de distribution est variable au cours de la journée. Le réservoir permet alors une accumulation du surplus d'eau aux heures de faible consommation et sa restitution pendant les heures de forte consommation en effet, cet ouvrage permet à la fois de s'adapter aux variations horaires de la consommation en Particulier en période de pointe, de maintenir une pression minimale au point le plus défavorable du réseau (le point le plus haut) et de pouvoir réparer la partie adduction du réseau sans interrompre la distribution de l'eau aux usagers. Certains équipements hydrauliques doivent obligatoirement être installés pour assurer les fonctions du réservoir d'eau. Conduite de distribution elle est située à la sortie du réservoir pour alimenter le réseau gravitairement. Conduite de refoulement/amenée Elle est située à l'entrée du réservoir pour assurer l'arrivée de l'eau au réservoir a partir du forage Conduite du trop-plein elle permet de déverser l'eau qui dépasse la hauteur maximale tolérable dans la cuve vers l'extérieur du réservoir, Conduite de vidange elle permet la vidange du réservoir pour nettoyage ou en cas de réparation au niveau du réservoir. Conduite servant de liaison entre la conduite de refoulement et la conduite de distribution pour assurer la distribution pendant la vidange du réservoir. Le flotteur II est installé dans le réservoir et relié au boîtier de commande, il permet d'arrêter automatiquement la pompe lorsque le niveau d'eau souhaité dans le réservoir est atteint et inversement de démarrer automatiquement la pompe si le niveau d'eau dans le réservoir est trop bas. Indicateur de niveau d'eau dispositif permettant de connaître le niveau d'eau présent dans la cuve. La trappe de visite trou réalisé au niveau de la coupole pour pouvoir accéder à la cuve et la réparer en cas de besoin et d'échelle ou escalier.

- Réseau de distribution

Le reseau de distribution est la partie du réseau qui permet d'acheminer l'eau vers les points d'eau pour Permettre la consommation des usagés. Il s'étend de la conduite de sortie de réservoir jusqu'aux points de distribution où les usagers s'approvisionnent en eau potable. Le réseau de distribution doit permettre d'assurer la continuité du service, une pression suffisante en tout point du réseau, une bonne qualité d eau distribuée et une accessibilité aux usagers.

L'energie hydroélectrique est une des rares productions d'énergies renouvelables stockables et rapidement mobilisables Différents pays travaillent dans le développement d'énergie de ressources renouvelables dans le but de réduire le niveau des émissions de gaz à effets de serre et d'accomplir les objectifs qu'ils se sont donnés avec le protocole de Kyoto. L'hydroélectricité est une des principales sources d'énergie renouvelable. Son apport est essentiel dans l'organisation actuelle de la production d energie électrique. Sa flexibilité d'emploi, jointe à ses possibilités de stockage, lui permettent d'assurer les pointes de consommation. Pour échanger de l'énergie entre un fluide et un système mécanique, on utilise ce qu'on appelle des machines à fluides. Ce sont souvent des machines tournantes ou turbomachines. Le transfert de l'énergie de la machine vers le fluide se fait grâce à des pompes. La transformation inverse est faite par des turbines. Ces dernières peuvent alors, soit transmettre directement l'énergie mécanique à une autre machine à faire fonctionner, soit à leur tour

Originale échanger leur énergie mécanique avec un alternateur pour la transformer en électricité. Les turbo machines sont donc en première ligne pour la production d'énergie utilisable par la société que ce soit à des industrielles ou de consommation domestique.

Dans un contexte de croissance démographique dans lequel les ressources naturelles sont de plus en plus limitées. L'alimentation en l'eau constitue une contrainte II est évident que la majorité des populations dont l'approvisionnement en eau demande à être améliorée devront initialement recourir a des technologies éprouvées d'un faible coût, sur les plans sanitaire et la mise en place des projets de développement. Notre dispositif d'auto-alimentions énergétique d'un système d'adduction en eau potable s'inspire sur la logique que l'eau et l'énergie sont deux ressources liées et interdépendantes pour le développement social et économique. D'une part, l'énergie est indispensable pour le captage, le traitement et la distribution de l'eau jusqu'aux robinets des consommateurs. D'autre part, l'eau est necessaire pour la production de l'électricité, hydroélectriques. Notre dispositif d'auto-alimentions energetique s'adapter aussi bien à la réalisation des système neufs au Modification et/ou réhabilitation pour renforcée la production ou Pour réduite le coûte des investissements ou d'exploitation Le système d'alimentation en eau potable est un des cas les plus avantageux pour turbiner l'eau parce qu une grande partie de ('équipements, captage, conduite, réservoir en particulier, servent d'abord aux besoins de l'alimentation en eau potable et doivent être construits de toute façon, Même si l'eau n est pas turbinee ainsi, le dispositif ne doit couvrir que les coûts supplémentaires qu'il engendre. Cependant, la sécurité de l'alimentation en eau potable doit être garantie, même au cas où le réseau électrique est hors tension ou si la turbine est en panne ou en révision. En outre, il est nécessaire de dimensionner le dispositif pour le débit maximal fourni par les sources pour éventuel usage tel que I électrification de la zone alimentée.

Notre dispositif de pompage utilise deux pompes parallèles celle qui jouent une fonction auxiliaire celle de démarrer le système pouvant être alimenté soit par l'énergie solaire, soit de l'énergie thermique ou par batterie rechargeable dans les zones où le réseau électrique n'existe pas. L'eau qu'elle mobilisé va permettre le démarrage de la deuxième pompe qui assure la fonction principale celle de satisfaire les besoins en eau par l'énergie hydraulique. Le dispositif peut aussi travailler avec une pompe alimentée par hydroélectricité et couplée à toute forme d'énergie solaire, thermique, batterie rechargée par le dispositif turbine alternateur, réseau électrique choisie en fonction du rapport coût production pour assurer le démarrage du système. Ce dispositif peut aussi fonctionner avec n'importe quel système d'adduction d'eau potable existant pour renforcer la production.

2.3. Description sommaire :

Le dispositif d’auto-alimention énergétique d'un système d'adduction d'eau comprend ·

Une source d'énergie motrice (1) (groupe électrogène ou panneau solaire ou raccordés directement au reseau public et), un forage (2), deux pompes (PI, P2) (3), un réservoir de stockage (4), des fils distribution icVV² ' ^C°^{nduiteS de refou|}ement/adductions (Cl, C2, C3,) ; une conduite de desserte ' ^V1' ^V2' ^C°^{Uple tUrbine /alternateur} & ^et des points de

2.4. Description détaillée :

Originale

Le dispositif d auto-alimention énergétique d'un système d'adduction d'eau, objet de cette description et son fonctionnement est destiné à fournir de l'eau en quantité suffisante et la pression nécessaire, de la source naturelle (captage ou prise (2)) aux points de desserte. Cette fonction est assurée par un ensemble d'éléments interconnectés le constituant qui sont :

La station de pompage (source d'énergie motrice (1), le forage (2), les deux pompes (PI P2) (3) le réservoir de stockage (4), les fils électriques (Fl et F2), les conduites de refoulement/addôctions (Cl, C2, C3,), la conduite de distribution (C4)). L'ensemble constitue l'ouvrage d'élévation fournissant la pression (charge) permettant la circulation et l'élévation de l'eau jusqu'au réservoir (4). Des vannes de régulation et de sécurité du réseau (vl, v2, V3, V4) et du réservoir de stockage d'eau (4). Son modèle de dispositif d'exhaure (pompe et énergie) repose sur le système hybride qui est un système électrique, comprenant plus d'une source d'énergie, parmi lesquelles une au moins est renouvelable, qui alimenté les deux pompes PI et P2 (3) immergées montées en parallèle où PI joue une fonction auxiliaire de démarrage du système. Elle peut être alimentée par diverses sources d'énergie (solaire, thermique ou reseau public). La fonction de PI s'arrête ou continue au démarrage de la pompe P2 qui joue la fonction pnnapale, de la production des besoins en eau conséquemment dimensionnée pour la cause. Un cablage electnque doté d'un boîtier de commande/ contrôle et un coupe-circuit d'introduction en plus des disjoncteurs assurant la protection de Plet P2 et permettant l'arrêt de la pompe si le niveau de aquifere est trop bas ou si le niveau statique souhaité n'est pas atteint au démarrage du pompage ou si le réservoir est plein. Ce boîtier permet également le démarrage automatique du pompage quand le niveau d eau dans le réservoir n'atteint pas le niveau minimal requis grâce à un flotteur installé dans le réservoir et relié au boîtier de commande. Le flotteur envoie un signal au boîtier de commande renseignant sur le niveau d'eau dans le réservoir.

Une sonde de niveau d'eau est également reliée au boîtier pour détecter le niveau d'eau dans le forage et le communiquer au boîtier de commande à travers les câbles Fl et F2 respectivement lié à PI et P2, par lesquels transite l'énergie des générateurs au moteur des pompes (Plet P2) et les informations relatives aux contrôles de sécurité.

Les refoulements des conduites (Cl et C2) convergent vers celle de d'adduction (C3), placée de la tête du forage (2) qui refoule l'eau, jusqu'au réservoir de stockage (4). L'eau refoulée dans le réservoir est ac emmee par la conduite de distribution C4 du réservoir pour actionner le couple turbine /alternateur (5) qui convertir l'energie potentielle de l'eau en énergie hydro-électrique qui va alimenter le câblage electnque F2 lie a P2, pilier de notre système d'exhaure qui prend la relève de la pompe (PI) en seuement quelques secondes. L'eau qu'elle pompe est acheminée par la conduite de refoulement C2 et C3 au réservoir (4) et du réservoir (4) vers la turbine/alternateur (5) par la conduite C4. La pompe 1 peut continuer à fonctionner en renforcement de débit ou être arrêtée. La pompe (P2) fonctionnera jusqu a satisfaction des besoins en permutation circulaire entre ((4) - C4-(5) -F2-P2-C2-C3-(4)) Le démarrage de P2 peut aussi s'opérer en fermant les vl et v2 ouvertes lorsque le réservoir (4) n'est pas disponible par enchaînement (l-Fl-Pl-C3-(5) -F2-P2). La manœuvre de fermeture de la vanne (V3) avant la turbine, lorsque (v4) est ouvert, dévie l'écoulement et aucune alimentation ne parvient à P2. le couple turbine/alternateur (5) devient isolé et cette manœuvre doit aussi prendre en compte le fait qu une certaine quantité d'eau doit toujours trouver dans le reversoir (4) en vue de permettre le démarrage prochain de la pompe P2 qui déclenche le système. La pompe PI peut aussi être supprimée et le système d exhaure sera alimenté par la seule pompe (P2) et le système énergétique fonctionnant par intermittence permet d'optimiser l'efficacité énergétique du système ou le coût d'exploitation à absence ou I arrêt de l'énergie couplé à hydroélectrique. L'hydroélectricité prend le relais. Le model e plus favorable est le couplage solaire- hydro électrique pour corriger certaines défaillances pendant des moments défavorables d'ensoleillement mais surtout pour servir d'accumulateur d'énergies en remplacement des batteries, avec le groupe électrogène où le réseau public. Les charges deviennent

Originale insignifiantes car l'hydroélectricité assure la quasi-totalité de la production énergétique. Ces technologies éprouvées d'un faible coût peuvent faire bénéficier des avantages durables, sur le plan économique.

Claims (2)

1. Dispositif d'auto-alimention énergétique d'un système d'adduction d'eau comprenant : Une source 5 d’énergie motrice (groupe électrogène ou panneau solaire ou raccordés directement au réseau public et), un forage, deux pompes (PI, P2), un réservoir de stockage, des fils électriques (Fl et F2), des Conduites de refoulement/adductions (Cl, C2, C3,) ; une conduite de distribution (C4), des vannes (vl, v2, V3, v4), d’un couple turbine /alternateur et des points de desserte.

10 2. Dispositif d'auto-alimention énergétique d'un système d'adduction d'eau selon la revendication n°l, caractérisé en ce que les deux pompes PI et P2 immergées sont montées en parallèle où PI joue une fonction auxiliaire de démarrage du système, elle continuer à fonctionner ou s'arrêter au démarrage de la pompe P2 qui joue la fonction principale de la production des besoins en eau conséquemment dimensionnée pour la cause.

3. Dispositif d'auto-alimention énergétique d'un système d'adduction d'eau selon les revendication n°l et

2, caractérisé en ce que la pompe (P2) fonctionnera jusqu'à satisfaction des besoins en permutation circulaire (cycle fermé) à savoir : (le réservoir (4) - la conduite de distribution C4- la turbine/alternateur (5) -fil électrique (F2) - la pompe (P2) - les conduites de refoulement C2-C3- (le réservoir (4)).