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WO2022048964A1 - Systeme hydrolien hybride modulaire - Google Patents

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WO2022048964A1
WO2022048964A1 PCT/EP2021/073480 EP2021073480W WO2022048964A1 WO 2022048964 A1 WO2022048964 A1 WO 2022048964A1 EP 2021073480 W EP2021073480 W EP 2021073480W WO 2022048964 A1 WO2022048964 A1 WO 2022048964A1
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WO
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module
turbine
tidal
liquid
gas
Prior art date
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Application number
PCT/EP2021/073480
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English (en)
Inventor
Philippe AUFFRET
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/062—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • TITLE Modular Hybrid Tidal System.
  • the present invention relates to a tidal turbine.
  • the field of the invention is more particularly but not limited to that of marine renewable energies (MRE) generated from marine but also river currents.
  • MRE marine renewable energies
  • Marine or river tidal turbine technologies are already known, such as for example:
  • Tidal dams they are designed on the same principles as river hydroelectric dams. They are rare because they are extremely expensive and are therefore only possible for the main tidal current deposits. They completely alter the environment. They polderize estuaries by accumulation of sediments and impoverish the biotope in diversity and quantity.
  • Helical tidal turbines exploiting a flow of liquid parallel to their axis of rotation: they represent the vast majority of solutions currently pre-marketed which have been developed for more than ten years and benefit from feedback significant in real operation, particularly in the United Kingdom. It is a robust, proven, simple technology (underwater wind turbines). However, it has the following disadvantages: limited yields, environmental nuisances, long range low frequency noise, disturbance of currents and turbulent regimes, no protection of fauna against collisions, conflicts of use important for fishing and navigation, size and location of equipment limiting eligible sites; significant consumption of raw material with devices of several hundred tons and very expensive.
  • the floating hydrokinetic turbines attached to a barge or a boat anchored on the surface the specific disadvantages are: degradation of landscapes, increased competition with other maritime uses, anchoring systems condemning a large underwater surface, vulnerability to climatic events (storms, cyclones, wind costs and/or exceptional waves limiting the possible installation sites); these floating devices pose a danger to infrastructure, other vessels and coastal residents if their moorings break.
  • Tidal turbines exploiting a flow of liquid perpendicular to its axis of rotation: they appeared more recently and came from a variation of solutions tested in rivers. Simple in design, they allow less turbulence generated in the currents, a better density of implantation possible compared to helicoid systems due to less turbulent regimes. Their drawbacks are as follows: low yields, a lack of protection for wildlife against collisions, conflicts of use for fishing and navigation, size and location of equipment limiting the depths and eligible sites; installation and maintenance costs, submarine and offshore lifting means which are difficult to mobilize and costly, relief and nature of the seabed limiting the eligible sites.
  • the object of the present invention is to solve all or part of the aforementioned drawbacks and in particular to propose, compared to the state of the art, a tidal turbine according to the invention:
  • each module comprising: o a liquid circulation path in the module comprising an inlet arranged to bring liquid into the path and at least one outlet arranged to let the liquid of the path, o At least one generator in the liquid circulation path, said or each generator being arranged to transform kinetic energy of the liquid circulating in the path into electrical and/or mechanical energy, o gas injection means in the module.
  • the marine current system and/or each module can comprise means for controlling a quantity of gas injected by its gas injection means according to: - an immersion level setpoint of I at least one module in the liquid, preferably so as to adjust the depth of the at least one module in the liquid according to the immersion level setpoint, and/or
  • the marine current system is arranged, by the means for controlling a quantity of gas injected by the injection means, to modify the immersion level setpoint so as to:
  • the marine current system is therefore preferably arranged to have several positions in the liquid according to the immersion level setpoint.
  • the at least one generator can comprise at least one turbine.
  • the gas injection means can be arranged to, when the module is completely immersed in the liquid, inject gas at the level of the at least one turbine so that a lower part of the at least one turbine is immersed in the liquid traversing the liquid circulation path and an upper part of the at least one turbine is in the injected gas.
  • the module or the tidal turbine can include: o a first set of turbines comprising at least one turbine, o a second set of turbines comprising at least one turbine,
  • the tidal turbine can be arranged so that, depending on a direction of flow of the liquid surrounding the at least one module: o the first set of turbines is located above the second set of turbines, or o the second set turbine is located above the first set of turbines,
  • the gas injection means can be arranged for, when the module is fully immersed in the liquid: o injecting gas at the level of I at least one turbine of the turbine set, called “upper set”, located above the other turbine set, so that a lower part of the at least one turbine of the upper clearance is immersed in the liquid traversing the liquid circulation path and an upper part of the at least one turbine of the upper clearance is immersed in the injected gas, and/or o not injecting gas at the level of the upper clearance at least one turbine of the set of turbines, called “lower set”, located below the other set of turbines, so that the at least one turbine of the lower set is completely immersed in the liquid traversing the circulation path of liquid.
  • upper set located above the other turbine set
  • the at least one turbine can be arranged to rotate around an axis (preferably horizontal) perpendicular or substantially perpendicular to a direction of circulation of the liquid in the liquid circulation path.
  • the tidal turbine can comprise a system for anchoring the at least one module and at least one cable connecting the at least one module to the anchoring system.
  • the anchoring system can be equipped with a winch arranged to shorten or lengthen the at least one cable connecting the at least one module to the anchoring system.
  • the tidal turbine may comprise at least one alternator, arranged to transform into electrical energy a rotation of the at least one generator caused by the kinetic energy of the liquid circulating in the path, and means for driving, along the au least one cable connecting the at least one module to the anchoring system, electricity produced by the at least one alternator.
  • the gas injection means may comprise a compressor located:
  • a submerged pilot module connected to gas sampling means at the surface of the liquid and connected, preferably along the at least one cable connecting the at least one module to the anchoring system, to each module so as to distribute gas to each module, and/or - in means for sampling gas at the surface of the liquid and connected, preferably along the at least one cable connecting the at least one module to the anchoring system, to each module so as to distribute gas to each module.
  • the tidal turbine can comprise several modules connected to each other and to the same anchoring system, including a so-called pilot module (also called master module) comprising means for controlling the other so-called slave modules.
  • a so-called pilot module also called master module
  • slave modules comprising means for controlling the other so-called slave modules.
  • the at least one module of the tidal turbine may comprise means for, from the electrical and/or mechanical energy produced by the at least one generator, producing dihydrogen and/or dioxygen from water in which this at least one module is immersed.
  • the at least one module of the tidal turbine may further comprise:
  • - means for distributing this dihydrogen and/or dioxygen, for example: o by a pipe, preferably at a port station, and/or o by distribution of a bottle or container comprising this dihydrogen and/or dioxygen, and/or o by a connector or a distribution socket for this dihydrogen and/or dioxygen
  • At least one module of the tidal turbine may comprise means for, from the electrical and/or mechanical energy produced by the at least one generator, compressing the oxygen produced by the tidal turbine and/or the air drawn off on the surface by the tidal turbine, and injecting this oxygen or this air into the water in which this at least one module is immersed.
  • the gas injection means may include:
  • a compressor in at least one of the modules and/or in each module, and connected to means for sampling gas at the surface of the liquid, and/or
  • gas sampling means in at least one module connected to gas sampling means, said gas sampling means being arranged to sample the gas and direct it towards the compression means in order to compress the sampled gas, said means gas sample being preferably: o agencies to sample gas at the surface from the liquid, and/or o located at the surface in an air sampling buoy and/or o located on a platform at the surface, preferably in the event of recycling of CO2 from industrial capture.
  • the gas injection means may include:
  • the tidal system according to the invention may comprise:
  • the hydroelectric system according to the invention may comprise:
  • the hydroelectric system according to the invention may comprise:
  • the hydroelectric system according to the invention may comprise:
  • FIG. 1 is a schematic profile sectional view of the tidal turbine system 1 according to the invention in its version with a single type A electricity producer module, typically in its dual-flow marine version and shallow depths, with its principle of storage and injection of compressed air taken from the surface.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view from above of the electricity generating module (A) according to the invention according to Figure 1,
  • FIG. 3 is a schematic profile sectional view of a variant of the tidal turbine system 1 according to the invention in its version with several modules 2, simultaneously illustrating different possible positions and its mode of adaptation to variations in the levels of water due to the tidal range as well as to the change of direction of the currents, and which is the preferred embodiment of the invention,
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view from above of a type B module which has the function of producing and storing dihydrogen H2 for the marine current system 1 according to the invention, in a single-module version
  • FIG. 5 is a schematic profile sectional view of a type B module (for producing and/or storing dihydrogen H2) for the marine current system 1 according to the invention, integrating the function of submersible H2 delivery station for the supply of boats or vessels.
  • a type B module for producing and/or storing dihydrogen H2 for the marine current system 1 according to the invention, integrating the function of submersible H2 delivery station for the supply of boats or vessels.
  • FIG. 6 is a schematic view of an example of association of functions according to different types of modules (A and C), distributed in each tidal turbine system 1 according to the invention, which are connected in an EMR field (Energies Marines Renewables) conventional where electricity is delivered to the terrestrial network via submarine cables.
  • EMR field Energies Marines Renewables
  • the hatched modules (Type C) are specifically dedicated to the diffusion of air in the water for the production of phytoplankton with a "carbon sink” effect and/or remediation in the event of eutrophication.
  • each figure 7 a) b) or c) is a schematic view of examples of association of the functions of different types of modules among A, B, C distributed in different configurations of tidal systems 1 according to the invention, according to non-conventional versions because they are not connected to the electrical network.
  • FIG. 8 is a schematic sectional view of the profile of the tidal turbine system 1 according to the invention in its fluvial version with a single type A electricity producer module, single-flow version, with winches allowing the removal for the navigation needs.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view from above of the tidal turbine system 1 according to the invention in FIG. 8, in the working and retracted position.
  • FIG. 10 is a schematic view of towed use of the tidal turbine system 1 according to the invention and of its module(s) 2, in the working position with floating anchors (part a), and in the storage position of the modules (part b) according to 2 options: at the stern or on the sides.
  • variants of the invention may in particular be considered comprising only a selection of characteristics described or illustrated below isolated from the other characteristics described or illustrated (even if this selection is isolated within a sentence including these other features), if this selection of features is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
  • This selection includes at least one preferably functional feature without structural details, and/or with only part of the structural details if only this part is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the art anterior.
  • the tidal system 1 includes:
  • each module 2 comprising: o a path 3 for the circulation of liquid 9 in the module 2 comprising an inlet 4 arranged to bring liquid 9 in path 3 and at least one outlet 5 arranged to bring liquid 9 out of path 3, o at least one turbine 6 in the liquid circulation path 3, arranged to be driven in rotation by the liquid 9 circulating in the path 3, o at least one alternator 7, arranged to transform a rotation of the water into electrical energy least one turbine 6, o means 8 for injecting gas 10 into the module.
  • Tidal system 1 is a Modular Hybrid Tidal System (SH2M)
  • each module must be understood as “the module”.
  • the non-hatched zone of path 3 represents the zone of path 3 comprising the liquid 9 and the hatched zone represents the zone of module 2 comprising the gas 10 injected.
  • the box of module 2 is typically made of aluminium, stainless steel, polyethylene and/or composite materials.
  • Each turbine 6 is, for example, of the non-crossing tangential type to limit losses of efficiency and noise due to drag, and made of aluminium, stainless steel and/or composite materials.
  • the diameter and number of blades are optimized for the most frequent current speed for the site in question, prototyping will allow designing the sizing algorithms.
  • each turbine 6 has about 1 meter in diameter and a few tens of blades, for an average or most frequent liquid velocity in path 3 for the site under consideration of about 2 meters per second.
  • Each turbine 6 is arranged so that the liquid 9 flows according to a laminar flow in the path 3.
  • Each alternator 7 is for example of the brushless synchronous permanent magnet type with electronic regulation (25 to 100 kW per stabilized 400V/50hz alternator).
  • turbine 6 is meant any rotary device intended to use the force of the fluid 9 and to transmit it by means of a shaft.
  • the liquid 9 is water, preferably sea water or fresh water.
  • Each turbine 6 is partially surrounded by a space 176.
  • the tidal turbine system 1 centrally in a single master module 21 and/or each module 2 further comprises means 11 for controlling a quantity of the gas 10 injected by the gas injection means 8 in a retention space 176 of the gas 10 (expands with respect to its storage state in the module 2, more precisely in the storage means 14) according to:
  • the space 176 has a technical swim bladder function arranged to adjust the depth of the at least one module 2 in the liquid 9 according to the immersion level setpoint and/ or over needs for injection of gas into the water seam (remediation).
  • the space 176 of a turbine 6 is typically an elliptical trunk-shaped space with a volume of at least 10 m 3 (in the preferred embodiment of the invention), surrounding an upper half of its turbine 6.
  • a ballasting of the module allows the adaptation of its buoyancy according to construction options and design variants.
  • the tidal turbine 1 is eligible on a large number of sites, since its location is not very dependent on the relief and the nature of the funds and/or variations due to the tides and/or seasonal variations and/or the depths of the currents and/or environmental and usage constraints and offers wide compatibility with the diversity of current deposits to be exploited.
  • the control means 11 comprise at least one computer, a central or calculation unit, an analog electronic path (preferably dedicated), a digital electronic path (preferably dedicated), and/or a microprocessor (preferably dedicated), and /or software means.
  • An emergency power supply device on batteries of the control system allows the necessary autonomy in the absence of self-power supply. It intervenes in particular for the injection of air and the starting assistance.
  • the control means 11 are connected (electrically and/or by wired or wireless communication means) to the injection means 8 so as to control them.
  • the gas 10 is preferably air or O2 OR CO2.
  • the expression "gas” can preferably include air, but also industrial CO2 captured for recycling (biological carbon pump) or other according to remediation needs, or in the H2 version of the O2 by-product.
  • control means 11 further comprise:
  • At least one sensor (or measuring means) providing data (for example data for detecting the approach of a ship or vessel, and/or data on the strength and/or position of a sea current or river, oxygen level in the water, etc.) and means for calculating or determining the immersion level setpoint according to the data of said at least one sensor.
  • data for example data for detecting the approach of a ship or vessel, and/or data on the strength and/or position of a sea current or river, oxygen level in the water, etc.
  • the tidal turbine 1 is arranged, by its means 11, to modify its immersion level setpoint so as to:
  • tidal turbine 1 avoids major conflicts of use for fishing and navigation.
  • Each turbine 6 is arranged to rotate around a (horizontal) axis 15 perpendicular or substantially perpendicular to a direction of circulation 16 of the liquid 9 through this turbine 6 in the circulation path 3.
  • This type of turbine 6 exploiting a current 16 of liquid 9 perpendicular to its axis of rotation 15, allows less turbulence generated in the currents, a better possible density of implantation compared to helical systems due to less turbulent regimes (and therefore better production per unit area with gains in competitiveness).
  • the tidal turbine 1 comprises an anchoring system 17 of the at least one module and at least one cable 18 connecting the at least one module to the anchoring system 17.
  • Each cable 18 is preferably a waterproof multifunction umbilical, conductor (Umax 3 kV), anchoring (max breaking strength 60 t), and communication (copper and/or fiber optic) cable.
  • two cables 18 connect two opposite sides of each module 2 to the anchoring system 17.
  • the anchoring system 17 includes concrete weights if the bottom is sedimentary or mechanical fasteners if the bottom is rocky.
  • the concrete ballasts are transported by towing and poured in situ in a reversible manner.
  • the tidal turbine 1 can be embedded and made inert on the bottom (position 104, FIG. 3) to protect against exceptional climatic events and/or to allow the passage of boats with exceptional drafts.
  • Each module 2 is retained by at least one cable 18.
  • Each module 2 comprises at least one jack 180 (preferably one jack 180 per cable 18), controlled by means 11 of this same module, connecting this module 2 to at least one cable 18 so as to adapt the attitude of the module 2.
  • the means 11 are arranged to control each cylinder 180.
  • Each cylinder 180 can for example be of the double-acting pneumatic type.
  • Entrance 4 comprises a grid 41 (preferably self-cleaning) anti fauna and foreign bodies. This avoids the profound and irreversible alteration of biotopes, and collisions with fauna, and reduces the risk of breakdowns by blockage or deterioration of the turbines.
  • the grid 41 is for example of the type with automatic screening by combs operated by pneumatic cylinders.
  • Inlet 4 includes a convergent 42 arranged to accelerate the speed of fluid 9 in path 3.
  • the convergent 42 is for example arranged to reduce the section of the inlet 4 by at least 15% before the at least one turbine 6.
  • the injection means 8 of a module 2 are arranged to, when the module 2 is completely immersed in the liquid 9, inject the gas 10 at the level of the at least one turbine 6 so that a lower part 66 of the at least one turbine is immersed in the liquid 9 traversing the path 3 and an upper part 76 of the at least one turbine 6 is immersed in the injected gas 10 or in contact at least partially with the injected gas 10.
  • the retention space 176 of the gas 10 surrounds the upper part 76 of the at least one turbine 6.
  • each module 2 exploits the difference in density between air 10 and water 9 ( ⁇ 800) by partial immersion, and considerably improves its overall annual operating efficiency with better sensitivity to variations in the speed of the currents allowing in particular to exploit the most frequent less than 2 meters per second.
  • the injection of air facilitates self-starting, which is a weak point of tangential turbines compared to helicoids, and the storage of air during strong currents makes it possible to improve performance by injecting more air when the currents are lower with a better charge rate of the alternators and the electrolyser in H2 production.
  • Module 2 comprises: o a first turbine set 61 comprising at least one turbine 6, o a second turbine set 62 comprising at least one turbine 6,
  • This second turbine set 62 may not be present in certain variants of the invention.
  • the at least one outlet 5 comprises one outlet 5 per set 61, 62 of turbine 6.
  • Entry 4 is common to the two sets 61, 62 of turbines 6.
  • Each outlet 5 comprises at least one adjustable flap 51 arranged to adapt the flow rate and the attitude of the module 2.
  • the means 11 are arranged to control each flap 51.
  • Each flap 51 can for example be made of aluminium, stainless steel, polyethylene and/or composite materials.
  • the tidal turbine 1 can comprise:
  • modules 2 o a single module (as illustrated in figures 1 and 2) or o several modules linked together by at least one cable
  • pilot module 21 also called “master module”
  • slaves the anchoring system 17
  • variable number of turbine 6 per set of turbine 61 or 62 for example one turbine 6 per set of turbine 61, 62 as shown in Figure 2 or two turbines 6 with axes of rotation aligned per set of turbine 61, 62 as shown in Figure 4).
  • the means 22 comprise at least one computer, a central or computing unit, an analog electronic path (preferably dedicated), a digital electronic path (preferably dedicated), and/or a microprocessor (preferably dedicated), and/or software means.
  • An emergency power supply device on batteries of the control system allows the necessary autonomy in the absence of self-power supply. It intervenes in particular for the injection of air and the starting assistance.
  • the hydrokinetic system 1 can have several positions in the liquid 9, depending on a direction of the flow of the liquid 9 around the modules 2 (for example for the positions 101 and 102 of FIG. 3) and/or as a function of the immersion level setpoint (for example for positions 103 and 104 of FIG. 3).
  • the floating design allows it to be towed on the installation area with a minimum of resistance to currents due to its hydrodynamic oblong shape in the longitudinal direction.
  • the modules 2 float between two waters according to the exploitable depth linked to the fluctuations of the tidal range and taking into account the minimum draft necessary for navigation.
  • the modules 2 can be sunk (FIG. 3, position 104) to rest on the bottom (ht ⁇ 3m) on detection of a boat.
  • the bottom is located under the liquid 9.
  • the modules 2 are on the surface or easily accessible, facilitating maintenance without heavy or significant offshore means.
  • the tidal system 1 can be multiplied and arranged in "banks" both in width and in height to fully exploit the currents. It can be installed at great depths to exploit thermohaline currents such as the Gulf Stream or the Kuroshio.
  • the tidal turbine system 1 is arranged so that, depending on a direction of flow of the liquid 9 surrounding the at least one module: o the first set of turbines 61 is located above the second set of turbine 62 (case of position 101 in figure 3), or o the second set of turbines is located above the first set of turbines (case of position 102 in figure 3),
  • the gas injection means 8 of this module 2 are arranged to, when this module 2 is completely immersed in the liquid 9: o inject gas 10 at the level of the at least one turbine 6 of the game turbine (clearance 61 in Figure 1 and in position 101 in Figure 3, or clearance 62 in position 102 in Figure 3)), called "upper clearance", located above the other turbine clearance (set 62 in Figure 1 and in position 101 of Figure 3, or set 61 in position 102 of Figure 3)), so that a lower part 66 of the at least one turbine 6 of the upper set either immersed in the liquid 9 traversing the path 3 and an upper part 76 of the at least one turbine 6 of the upper clearance either immersed in the injected gas 10 or in contact at least partially with the injected gas 10, and o not inject gas 10 at the level of at least one turbine 6 of the turbine set (clearance 62 in Figure 1 and in position 101 in Figure 3, or clearance 61 in position 102 in Figure 3)), says " lower game”, located below the other turbine game, so that the at least one turbine 6
  • the gas injection means 8 include:
  • a compressor 12 in at least one of the modules 2 (preferably master module) or in each module 2 connected (preferably at least partly along the at least one cable 18 connecting the at least one module 2 to the system anchor 17) to means 13 for sampling gas 10 at the surface of the liquid, and/or
  • a compressor 12 located in means 13 for sampling the gas at the surface of the liquid and connected (preferably at least partly along the at least one cable 18 connecting the at least one module 2 to the anchoring system 17 ) to each module 2 so as to distribute the gas 10 to each module 2; in particular for great depths, the compression means could be arranged in a buoy or a floating module on the surface which can be equipped with complementary renewable energy sources (photovoltaic wind turbines, wave power, etc.).
  • the compressor 12 can be replaced by a gas compression system 12 in at least one module connected to gas sampling means 13, said gas sampling means being arranged to sample the gas and direct it towards the compression means in order to compress the sampled gas, said gas sampling means preferably being: o arranged to sample the gas at the surface of the liquid, and/or o located at the surface in an air sampling buoy and/or o located on a surface platform, preferably in the event of recycling of CO2 from industrial capture.
  • the sampling means 13 typically comprise a surface buoy (for example made of steel, aluminum, stainless steel, polyethylene or composite materials following design, signaling and telecommunications standards in force) or means positioned on at least one module 2, 21 arranged to take the gas 10 at slack from the module 2, 21 when the latter has emerged at least in part from the liquid 9.
  • a surface buoy for example made of steel, aluminum, stainless steel, polyethylene or composite materials following design, signaling and telecommunications standards in force
  • means positioned on at least one module 2, 21 arranged to take the gas 10 at slack from the module 2, 21 when the latter has emerged at least in part from the liquid 9.
  • the means 8 for injecting the gas 10 comprise means 14 for storing the gas in each module 2, in a compressed form relative to the gas 10 when it is withdrawn by the means 13 and/or when injected into each module. 2.
  • the storage means (14) can be static (eg tank) or removable (eg gas bottle).
  • the injection means 8 typically comprise:
  • the storage means 14 for example bottles made of composite materials
  • the compressor 12 such as a marinized industrial compressor
  • an injector which opens into the volume 176, connected to the compressor 12 and/or storage means 14 by pipes and/or compressed air ducts made of steel, copper, stainless steel or polyethylene.
  • the tidal turbine 1 comprises means for drawing air from:
  • buoy 13 on the surface or a specific floating module allowing distribution over several groups of modules and for great depths requiring higher air pressures - at the slack from the emerged master module 21 (for shallow depths).
  • the air 10 is compressed, stored (in the means 14), then used to expel the liquid 9 from the upper chamber 176 of the active turbine(s) 6 of the "upper" turbine set 6.
  • the modules 2 are thus maintained at in the current by biomimicry (swimming bladder of fish).
  • the anchoring system 17 or the module 2 is equipped with a winch 19 arranged to shorten or lengthen the at least one cable 17 connecting the at least one module 2 to the anchoring system 17.
  • the winch 19 allows the release the entire depth by extending the cable 18 of one of the anchors 17.
  • the module 2 then disappears naturally by positioning itself on the side of the current stream, occupying only 3 m wide.
  • only the river version of Figures 8 and 9 is equipped with winches 19.
  • the winch 19 is for example of the electric or pneumatic type, and waterproof.
  • Each module 2 is equipped with a removable waterproof technical box which includes:
  • one or more bottles of compressed dihygrogen or compressed dioxygen or compressed air possibly depending on the variant, one or more bottles of compressed dihygrogen or compressed dioxygen or compressed air.
  • each module 2 can produce and/or store different elements:
  • Each module 2 can produce and/or store electricity in order to distribute it outside of module 2, in type A of module 2.
  • the tidal turbine system 1 comprises means 20 for conducting, along the at least one cable 18 connecting the at least one module 2 to the anchoring system 17, electricity produced by the at least an alternator 7.
  • These means 20 typically comprise submarine cables for connecting the turbines to the control means 11 (also called TCC cabinet (for "Turbine Control Center” or Turbine Control Center)) of the master module 21 connected via the anchoring base to the micro network 181 for interconnecting all the tidal turbines to the injection transformer on the terrestrial network.
  • this electricity can then be conducted by other cables 181 from the anchor 17 to an earth transformer 182.
  • each turbine 6 is coupled to an alternator regulator 7 (or directly), itself connected to a micro-grid (or micro-grid) 181 sized according to the number of modules 2 and/or tidal systems 1 installed.
  • This micro-grid is coupled to the local terrestrial electrical distribution network 182.
  • the laminar regime downstream of the tidal turbine 1 allows a better density of implantation and therefore a greater efficiency of exploitation of the deposits relative to their sea or river surface.
  • Each module 2 can produce and/or store dihydrogen H2 in order to distribute it outside module 2, in type B of module 2.
  • the at least one module 2 of the tidal turbine system 1 comprises means 23 for, from the electrical energy produced by the at least one alternator 7, producing dihydrogen from water in which this at least least one module is submerged.
  • These means 23 typically comprise a desalinator by reverse osmosis (powered electrically by the means 11 themselves powered by the alternator(s) 7 of the module considered) for the production of pure water and an electrolysis system (powered electrically by the means 11 themselves powered by the alternator(s) 7 of the module in question) which transforms the pure water into H2 and O2.
  • This production typically serves an H2 network with a fuel cell to produce electricity 24 hours a day for isolated sites and/or an H2 compression system and storage (composite bottles 700 Bars) with delivery station for carbon-free mobility as a substitute for fossil gas or oil.
  • a competitive cost of dihydrogen is possible thanks to the best performance and design of the tidal turbine modules combined with hybrid energy storage that uses compressed air. This allows optimized sizing of the electrolyser, the most expensive subsystem, in order to obtain the highest possible charge rate despite the daily variations in the intensity of the sea currents.
  • the tidal turbine system 1 can also be used for the local production of hydrogen in short circuits to meet the electrical needs of unconnected isolated sites (islands) and/or for the needs of new mobility, in particular ports, boats and coastal towns. ...
  • This invention is therefore a basic brick of effective solutions to get out of fossil fuels.
  • the oceans are the biggest collector of solar energy on 70% of the earth's surface.
  • This renewable solar energy is released in the form of swell winds and currents which also transmit the kinetic energy of the stars via the tides.
  • men can become "energy fishermen", these MREs put in the form of renewable hydrogen to satisfy their mobility needs on sea, on land, in the air and this without emitting either carbon or particles or risking ecological disasters such as oil spills.
  • the module 2 can be directly connected in micro grid (or micro network) by a pipe 282 of H2 immersed in a port station for the delivery of green hydrogen for boats.
  • This short circuit model has 6 times greater environmental efficiency as a substitute for diesel (330 gCO2e/kWh) than connection to the RTE electricity network (53 gCO2e/kWh). It is more competitive and less impacting on biodiversity than submarine cable infrastructure ( €1 million/km). It avoids the difficulties of landing and connecting to the nearest delivery station, which are often uncertain (technically and legally), of poor social acceptability, and prohibitive. This cost should be compared with that of an H2 station ( €1 million, desalinator, electrolyser and compression system). These costs will moreover become more and more competitive with the ongoing democratization of the hydrogen vector.
  • the hydrogen production module 2 automatically rises to the surface on demand (signal emitted by the buoy 13) for the replacement of the full bottles of Hb recovered by boat.
  • the frequency is variable according to currents, (installation and consumption. Additional production/storage modules 2 can be planned. The frequency can be adjusted in the first months of operation thanks to a predictive algorithm and the data collected.
  • H2 cylinders are distributed to H2 stations in the territory in ports for supplying boats, directly to sea professionals for specific needs (maritime shuttles, oyster farmers, fishermen ), with logistics carriers (large road carriers) or for other mobility uses (cars, yachts, H2 bicycles) or even industrial processes (fertilizer production, steel industry, cement works, space activities (Ariane, etc.).
  • the module 2 is directly equipped with a filling socket sheltered by a sealed automatic hatch, access to which is a granted in contactless payment mode and/or radio recognition (R.FID or equivalent). Boats can then dock directly at module 2 to refuel (10 to 20 minutes).
  • a communicating algorithm makes it possible to guide boats to the nearest delivery point by GPS, taking into account technical conditions (available and forecast stocks, boat needs and Together and/or weather conditions (fog, night, etc.) .
  • module 2 is equipped with two separate boxes.
  • the first contains the H2 production part and the second the H2 storage part.
  • the storage box is equipped with a removable rack with quick connectors which allows you to replace full bottles with empty ones during the stall.
  • the oxygen by-product of electrolysis can also be recovered in cylinders (for example medical grade oxygen or for the needs of professional diving) or released into the water, thus boosting the production of phytoplankton and the entire chain of biodiversity.
  • an automatic hatch with contactless access and payment protects a delivery pick-up which, when the module is emerging at the slack, allows boats to be refueled by docking at module 2.
  • This solution makes it possible to make the coasts autonomous in renewable energy. , fishing or pleasure fleets, passenger transport, anywhere on the planet in short circuits and to fight against malnutrition and the decline of biodiversity.
  • Each module 2 can produce and/or store dioxygen O2 or air or another element (necessary for the restoration of environments degraded by global warming or coastal anthropogenic pressure) in order to release this dioxygen O2 or this air or this other element into the liquid 9, preferably in order to re-oxygenate the water or the liquid 9 in which the module 2 is immersed, in module type C 2.
  • the at least one module 2 of the tidal turbine system 1 comprises means 25 for, from the electrical energy produced by the at least one alternator 7, compressing air or oxygen produced by the hydrokinetic turbine 1 (according to means 23 or 24 of the type A) or B) above module) by means 13 and/or compressor 12, and injecting this oxygen or this air into water 9 in which this at least one module 2 is submerged.
  • the main functions of this type C are the capture and sequestration in the form of biomass of carbon from the air (or industrial) and/or the re-oxygenation of waters eutrophicated by global warming and anthropogenic pollution.
  • the tidal system will then not have the sole function of producing energy but will be designed to use currents to compress atmospheric air to inject it into the water.
  • more and more bays and semi-enclosed marine or river environments are faced with episodes of proliferation of algae (or "algal bloom"), the first consequence of which is eutrophication and then the appearance of cyanobacteria that are dangerous for the biotope, benthic fauna and humans.
  • the reoxygenation of the water makes it possible to combat these effects by restoring a population of phytophagous in balance with the proliferation of algae.
  • the positive effect on the food chain would allow the increase in fishing volumes by improving the condition of fishermen and the fight against malnutrition.
  • the tidal stream system 1 can generate indirect benefits by being used to oxygenate the water and promote the prevention of algae proliferation or even diffuse other elements necessary for the restoration of environments degraded by global warming or coastal anthropogenic pressure. .
  • the oxygen by-product of electrolysis can be recovered in cylinders (for example of oxygen of medical quality or for the needs of professional diving) and/or distributed to ships or vessels.
  • the description made for type B can be applied to type C for the production and storage of O2, replacing H2 by O2
  • Each module 2 can directly transform the kinetic energy of the currents into mechanical pumping energy to supply drinking water by desalination of sea water, or by treatment of unhealthy water.
  • the tidal turbine system 1 can be used to provide water services to populations from marine or river waters, whether for human consumption, for irrigation or for sanitary needs. This without the need for any electrical infrastructure, which will be of crucial importance for the adaptation to global warming in emerging countries.
  • the at least one module 2 of the tidal turbine system 1 comprises means 25 for, from the electrical energy produced by the at least one alternator 7, ensuring the electrical autonomy of operation of the at least one module 2 of the tidal stream system and desalination and/or water treatment means.
  • Most of the energy of the currents is used by pumps arranged at the end of the shafts of the turbines 6 (instead of the alternators 7).
  • the pumped water is conveyed by electrowelded polyethylene pipes on the bank of the river or on the coast to supply drinking water reserves or storage basins or irrigation systems. It can also supply tankers, drinking water bottling units on platforms or boats, or in land-based factories.
  • tidal stream system 1 is designed from the outset to allow the modules 2 to be associated with each other makes it possible to benefit from all the functions to varying degrees depending on the specific needs of the territory concerned.
  • each unhatched module 2 is of type A, to produce and/or store electricity in order to distribute it to the outside of this module 2,
  • each simply hatched module 2 is of type B, to produce and/or store dihydrogen H2 in order to distribute it to the outside of this module 2,
  • each doubly hatched module 2 is of type C, to produce and/or store dioxygen O2 (if associated with type B modules) or air in order to re-oxygenate the water or the liquid 9 in which the module 2 is submerged,
  • modules 2 comprise from top to bottom:
  • H2 transport means preferably along the at least one cable 18
  • the tidal turbine system 1 by its new, totally original design, makes it possible to cover the needs of all the deposits by minimizing the impacts of uses or the environment and the costs in an unprecedented and by providing new services and functionalities never provided by a tidal turbine.
  • the tidal turbine 1 deploys a variable collection surface by following the evolution of the tidal range.
  • the tidal turbine system 1 is called “hybrid” by its dual capacity to produce renewable electricity and/or renewable H2 from two distinct elements, water and air, which is totally new.
  • This variant can be with a single module 2, as illustrated in Figures 8 and 9, or with several modules 2 as previously illustrated, depending on the depth of the river.
  • each module 2 of the tidal turbine of Figure 8 comprises only one upper set 61 of turbines 6. In fact, in a river, the direction of the water current does not change.
  • the means 13 for sampling the gas 10 at the surface of the liquid 9 are located directly in the module 2 (or in at least one of the modules 2, preferably the one located the highest in the case of several modules 2): the gas is sampled and stored in module 2 each time module 2 rises to the surface of liquid 9.
  • the two winches 19 are arranged to extend the two cables 18, 20 of substantially identical lengths (in position 111 of module 2) or of different lengths (in position 112 of module 2). 2), so as to be able to position the or each module 2:
  • FIG. 10 is a schematic view of towed use (behind a vessel 200 or other submersible or semi-submersible vessel 200 equipped with sailing means 202) of the tidal turbine system 1 according to any one of the variants or embodiments previously described, and of its module(s) 2:
  • the ship 200 includes an H2 production container 201, in particular if this option is not integrated into the module(s) 2.
  • the invention can therefore, in a modular manner, form a Modular Hybrid Tidal System (SH2M), potentially a multifunction system for capturing and storing energy from currents hydraulics for their transformation into electricity and/or renewable dihydrogen with complementary functions of carbon sink and/or remediation and/or production of drinking water and/or water services for other uses, and which includes: - at least one tidal turbine module (2) immersed in a liquid (9), for capturing the kinetic energy of the currents comprising: o a path (3) for the circulation of liquid in the module comprising an inlet (4) arranged to bringing liquid into the path and at least one outlet (5) arranged to bring the liquid out of the path, o At least one generator (6) in the liquid circulation path, said generator being arranged to transform kinetic energy from the liquid flowing in the path (3) in electrical and/or mechanical energy,
  • SH2M Modular Hybrid Tidal System
  • At least one gas management system (10) whether or not integral with one or more tidal turbine modules depending on the version, for the capture, compression, storage and management of gas as an energy vector and a vector for recycling CO2 or other gas (ex industrial CO2) including for example: o A gas (10) or air intake integrated into the tidal turbine module, a buoy or a surface platform hosting according to versions:
  • Air intake and compression system integrated into the tidal turbine module in shallow depth version, and/or
  • Salt water desalinated, of river origin, or to be recycled from renewal for aquaculture, industrial processes or leisure equipment
  • energy recovery function using a module or provided by association of several tidal turbine modules towed (as illustrated in figure 10) behind a ship equipped with sailing means or other submersible or semi-submersible vessel comprising: o Launching and recovery system, and/or o "Pilot" tidal turbine module(s) submerged electricity producer(s) and/or slave with replacement by command and control system installed on board the ship or vessel, and/or o "slave” tidal turbine module(s) submerged electricity producer(s), and/or o tidal turbine module(s) submerged watermaker(s) or installed function onboard the vessel, and/or o Submerged dihydrogen producing tidal turbine module(s) or function on board the vessel, and/or o Submerged dihydrogen storage tidal turbine module(s) or function on board the vessel, and/or o Hydrogen turbine module(s), submerged dihydrogen distributor(s) or installed function on board
  • turbine can be replaced generally by “generator 6", said generator being arranged to convert kinetic energy of the liquid flowing in path 3 into electrical and/or mechanical energy.
  • This generator can for example be a (“helical”) turbine exploiting a flow of liquid parallel to its axis of rotation, a turbine exploiting a flow of liquid perpendicular to its axis of rotation, or an energy conversion system by undulating membrane , etc., and/or
  • each alternator 7 can be accompanied or replaced by means for transforming kinetic energy of the liquid flowing in path 3 into mechanical energy.
  • a module 2 can comprise means for transforming a rotation of the at least one generator or turbine into mechanical pumping energy (piston pump , peristaltic or other type of pump), for example so that the means 25 are arranged to, from the mechanical energy produced by the at least one generator or turbine, compress air or oxygen coming from the atmosphere or compress dioxygen or dihydrogen produced by tidal turbine 1, and/or
  • the tidal turbine system may comprise: o technical means of distribution, and/or invoicing and/or payment of dihydrogen produced by the system tidal stream, preferably by filling the tanks of ships or vessels or removable cylinders, and/or o technical means of distribution, and/or billing and/or payment of the oxygen produced by the tidal stream system, preferably by filling the tanks of ships or vessels or removable bottles, and/or o means of desalination of the water or liquid in which the at least one module is immersed, preferably for the purposes of supplying drinking water or other uses, and / or o means for treating and/or filtering the water or liquid in which the at least one module is immersed, preferably for the purpose of supplying drinking water or other uses, for example by activated carbon filtration and /or adding chlorine.

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Abstract

L'invention concerne une hydrolienne (1), comprenant : - au moins un module (2) agencé pour être immergé dans un liquide (9), chaque module comprenant : o un chemin (3) de circulation de liquide dans le module comprenant une entrée (4) agencée pour faire entrer du liquide dans le chemin et au moins une sortie (5) agencée pour faire sortir le liquide du chemin, o Au moins une génératrice (6) dans le chemin de circulation de liquide, - des moyens (8) d'injection de gaz (10) dans le module (2).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Système Hydrolien hybride modulaire.
Domaine technique
La présente invention concerne une hydrolienne.
Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui des énergies marines renouvelables (EMR.) générées à partir des courants marins mais aussi fluviaux.
Etat de la technique antérieure
On connaît déjà des technologies d'hydrolienne marine ou fluviale, telles que par exemple :
Les barrages marémoteurs : ils sont conçus sur les mêmes principes que les barrages hydroélectriques fluviaux. Ils sont rares car extrêmement coûteux et ne sont donc envisageables que pour les principaux gisements de courants de marées. Ils modifient complètement l'environnement. Ils poldérisent les estuaires par accumulation de sédiments et appauvrissent le biotope en diversité et en quantité. Ils ont les inconvénients suivants : taille et impact paysager, peu de sites éligibles, coûts & nuisances environnementales, perturbation des courants, régimes turbulents, poldérisation accélérée par dépôts sédimentaires, conflits d'usage importants pour la pêche et la navigation, altération profonde et irréversible des biotopes, faune non protégée contre les collisions, obstruction des accès et désertification de frayères, pollutions par bruits basses fréquences nuisibles en particulier pour les mammifères marins , pollutions par l'aluminium des systèmes anticorrosion cathodiques, coûts d'installation et maintenance et amortissements à très long terme.
Les hydroliennes hélicoïdes posées, exploitant un courant de liquide parallèle à leur axe de rotation : elles représentent la grande majorité des solutions actuellement pré-commercialisées qui ont été développées depuis plus d'une dizaine d'année et bénéficient d'un retour d'expérience significatif en exploitation réelle en particulier au royaume uni. C'est une technologie robuste, éprouvée, simple (éoliennes sous-marines). Cependant, elle a les inconvénients suivants : rendements limités, nuisances environnementales, bruits basses fréquences longue portée, perturbation des courants et régimes turbulents, aucune protection de la faune contre les collisions, conflits d'usage importants pour la peche et la navigation, taille et implantation des matériels limitant les sites éligibles ; importante consommation de matière première avec des dispositifs de plusieurs centaines de tonnes et très coûteux. Les inconvénients spécifiques aux hydroliennes fixes sont : modifications des dépôts sédimentaires et des biotopes associés, coûts d'installation et maintenance, moyens sous-marins et de logistique offshore conséquents coûteux et difficilement mobilisables en cas de panne en période climatique difficile, relief et nature des fonds interdisant leur installation sur de nombreux gisements de courants ; la technologie est limitée à des fonds sans reliefs pour la stabilité des hydroliennes ; leur implantation dans des courants forts est difficile compte tenu des efforts qu'ils génèrent sur les structures support encombrantes ; consommation d'énergie fossile entraînant un impact carbone important à l'installation et à la maintenance.
Les hydroliennes flottantes hélicoïdes et solidaires d'une barge ou un bateau ancré en surface, les inconvénients spécifiques sont: dégradation des paysages, concurrence accentuée avec les autres usages maritimes, systèmes d'ancrages condamnant une surface sous-marine importante , vulnérabilité aux d'événements climatiques (tempêtes, cyclones, coûts de vents et/ou vagues exceptionnelles limitant les sites d'implantation possibles) ; ces dispositifs flottants constituent un danger pour les infrastructures, les autres navires et les résidents des littoraux en cas de rupture de leurs amarres.
Le gigantisme des solutions actuelles hélicoïdes, est dû à la limite de la loi de betz et à un mauvais rendement pratique de 30 à 35%. Elles atteignent plusieurs dizaines de mètre et plusieurs centaines de tonnes, avec des profondeurs nécessaires de 30 à 40 mètres. En conséquence les coûts au Mwh annoncés se sont avérés prohibitifs face à l'évolution des coûts des autres énergies renouvelables.
Les hydroliennes exploitant un courant de liquide perpendiculaire à son axe de rotation: elles sont apparues plus récemment et sont venues d'une déclinaison de solutions testées en fluvial. Simple de conception, elles permettent moins de turbulences générées dans les courants, une meilleure densité d'implantation possible par rapport aux systèmes hélicoïdes du fait de régimes moins turbulents. Leurs inconvénients sont les suivants: rendements faibles, un manque de protection de la faune contre les collisions, conflits d'usages pour la pêche et la navigation, taille et implantation des matériels limitant les profondeurs et sites éligibles ; coûts d'installation et maintenance, moyens sous-marins et de levage offshore difficilement mobilisables et coûteux, relief et nature des fonds limitants les sites éligibles.
- Les hydroliennes ondulantes : elles ont pour avantages des rendements revendiqués supérieurs aux autres technologies existantes, un impact environnemental limité, une implantation possible en faibles profondeurs, une possible haute densité. Elles ont les inconvénients suivants : faible puissance au m2 occupé, manque de fiabilité du fait de la multiplicité des composants de production situés sur les articulations, sensibilité aux pannes du fait des risques d'encrassements et blocages par corps étrangers portés par les courants ; effets de la colonisation par le biotope impactant le rendement dans le temps et la fiabilité est à éprouver en conditions réelles.
Toutes ces technologies ont une seule fonction, produire de l'électricité immédiatement utilisée sur le réseau de distribution.
Le but de la présente invention est de résoudre tout ou partie des inconvénients précédemment cités et notamment de proposer, par rapport à l'état de l'art, une hydrolienne selon l'invention:
- éligible sur un grand nombre de sites, de préférence non dépendant du relief et de la nature des fonds et/ou des variations dues aux marées et/ou aux variations saisonnières et/ou aux variations des profondeurs des courants et/ou offrant une meilleure compatibilité avec la diversité des gisements de courants à exploiter, et/ou
- limitant les nuisances environnementales, dont une ou plusieurs nuisances parmi les perturbations des courants, la poldérisation accélérée par dépôts sédimentaires, l'altération profonde et irréversible des biotopes, les collisions avec la faune, l'obstruction des accès et désertification de frayères, les pollutions par bruits basses fréquences nuisibles en particulier pour les mammifères marins, et/ou les pollutions par l'aluminium des systèmes anticorrosion cathodiques, et/ou
- permettant de plus faibles coûts d'installation et/ou de maintenance et/ou de plus courts délais d'amortissement qui soient compétitifs avec les autres sources d'énergies renouvelables, avec notamment des coûts de moyens sous-marins et de logistique offshore faibles et facilement mobilisables en cas de panne y compris en période climatique difficile, et/ou
- évitant les conflits d'usage importants pour la pêche et la navigation, - de faible taille et ayant un impact paysager limite, et/ou nécessitant peu de matières premières, et/ou
- de faible vulnérabilité aux événements climatiques (tempêtes, cyclones, coûts de vents et/ou vagues exceptionnelles), et/ou
- de rendement amélioré et/ou de bonne puissance par rapport à la surface ou au volume occupé, et/ou
- de meilleure fiabilité par rapport aux systèmes comprenant une multiplicité de composants de production situés sur des articulations, et/ou
- ayant la capacité en utilisant de manière hybride différents vecteurs énergétiques de lisser et de stocker la production en maximisant le rendement annuel et la compétitivité du MWh produit, et/ou
- porteuse de fonctionnalités nouvelles et bénéfices indirects pour la remédiation des milieux naturels (puit de carbone, lutte contre l'eutrophisation, restauration de la biosphère) et l'amélioration des conditions de vie des communautés locales en facilitant leur accès à l'eau potable, la nourriture, et l'énergie.
Exposé de l'invention
Cet objectif est atteint avec un système hydrolien, comprenant :
- au moins un module hydrolien agencé pour être immergé dans un liquide, chaque module comprenant : o un chemin de circulation de liquide dans le module comprenant une entrée agencée pour faire entrer du liquide dans le chemin et au moins une sortie agencée pour faire sortir le liquide du chemin, o Au moins une génératrice dans le chemin de circulation de liquide, ladite ou chaque génératrice étant agencée pour transformer une énergie cinétique du liquide circulant dans le chemin en énergie électrique et/ou mécanique, o des moyens d'injection de gaz dans le module.
Selon un premier aspect, le système hydrolien et/ou chaque module peut comprendre des moyens pour contrôler une quantité de gaz injecté par ses moyens d'injection de gaz en fonction : - d une consigne de niveau d immersion de I au moins un module dans le liquide, de préférence de manière à ajuster la profondeur de l'au moins un module dans le liquide en fonction de la consigne de niveau d'immersion, et/ou
- d'une consigne d'excédent d'injection de gaz recherché en dissolution dans le liquide (typiquement dans une veine d'eau), de préférence pour fonction puit de carbone et/ou remédiation.
De préférence le système hydrolien est agencé, par les moyens pour contrôler une quantité de gaz injecté par les moyens d'injection, pour modifier la consigne de niveau d'immersion de manière à :
- aller plus profondément dans le liquide, et/ou
- remonter à ou vers la surface du liquide, et/ou
- ajuster la profondeur de l'au moins un module dans le liquide en fonction de la consigne de niveau d'immersion.
Le système hydrolien est donc de préférence agencé pour avoir plusieurs positions dans le liquide en fonction de la consigne de niveau d'immersion.
Selon un deuxième aspect, l'au moins une génératrice peut comprendre au moins une turbine.
Les moyens d'injection de gaz peuvent être agencés pour, lorsque le module est entièrement immergé dans le liquide, injecter du gaz au niveau de l'au moins une turbine de sorte qu'une partie inférieure de l'au moins une turbine soit immergée dans le liquide parcourant le chemin de circulation de liquide et une partie supérieure de l'au moins une turbine soit dans le gaz injecté.
Pour chaque module : le module ou l'hydrolienne peut comprendre : o un premier jeu de turbine comprenant au moins une turbine, o un deuxième jeu de turbine comprenant au moins une turbine,
- l'hydrolienne peut être agencée pour que, en fonction d'un sens de courant du liquide environnant l'au moins un module : o le premier jeu de turbine soit situé au-dessus du deuxième jeu de turbine, ou o le deuxième jeu de turbine soit situé au-dessus du premier jeu de turbine,
- les moyens d'injection de gaz peuvent être agencés pour, lorsque le module est entièrement immergé dans le liquide : o injecter du gaz au niveau de I au moins une turbine du jeu de turbine, dit « jeu supérieur », situé au-dessus de l'autre jeu de turbine, de sorte qu'une partie inférieure de l'au moins une turbine du jeu supérieur soit immergée dans le liquide parcourant le chemin de circulation de liquide et une partie supérieure de l'au moins une turbine du jeu supérieur soit immergée dans le gaz injecté, et/ou o ne pas injecter du gaz au niveau de l'au moins une turbine du jeu de turbine, dit « jeu inférieur », situé au-dessous de l'autre jeu de turbine, de sorte que l'au moins une turbine du jeu inférieur soit totalement immergée dans le liquide parcourant le chemin de circulation de liquide.
L'au moins une turbine peut être agencée pour tourner autour d'un axe (de préférence horizontal) perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à un sens de circulation du liquide dans le chemin de circulation de liquide.
L'hydrolienne peut comprendre un système d'ancrage de l'au moins un module et au moins un câble reliant l'au moins un module au système d'ancrage.
Le système d'ancrage peut être équipé d'un treuil agencé pour raccourcir ou allonger l'au moins un câble reliant l'au moins un module au système d'ancrage.
L'hydrolienne peut comprendre au moins un alternateur, agencé pour transformer en énergie électrique une rotation de l'au moins une génératrice causée par l'énergie cinétique du liquide circulant dans le chemin, et des moyens pour conduire, le long de l'au moins un câble reliant l'au moins un module au système d'ancrage, de l'électricité produite par l'au moins un alternateur.
Les moyens d'injection du gaz peuvent comprendre un compresseur situé :
- dans l'au moins un module, et/ou
- dans le système d'ancrage et/ou un module pilote immergé relié(s) à des moyens de prélèvement de gaz en surface du liquide et relié, de préférence le long de l'au moins un câble reliant l'au moins un module au système d'ancrage, à chaque module de manière à distribuer du gaz à chaque module, et/ou - dans des moyens de prelevement du gaz en surface du liquide et relié, de préférence le long de l'au moins un câble reliant l'au moins un module au système d'ancrage, à chaque module de manière à distribuer du gaz à chaque module.
L'hydrolienne peut comprendre plusieurs modules reliés entre eux et au même système d'ancrage, dont un module dit module pilote (aussi appelé module maître) comprenant des moyens pour commander les autres modules dits esclaves.
L'au moins un module de l'hydrolienne peut comprendre des moyens pour, à partir de l'énergie électrique et/ou mécanique produite par l'au moins une génératrice, produire du dihydrogène et /ou du dioxygène à partir d'eau dans lequel cet au moins un module est immergé. L'au moins un module de l'hydrolienne peut comprendre en outre :
- des moyens de stockage de ce dihydrogène et /ou dioxygène, et/ou
- des moyens pour distribuer ce dihydrogène et /ou dioxygène, par exemple : o par une canalisation , de préférence à une station portuaire, et/ou o par distribution de bouteille ou conteneur comprenant ce dihydrogène et /ou dioxygène, et/ou o par un connecteur ou une prise de distribution de ce dihydrogène et /ou dioxygène
Au moins un module de l'hydrolienne peut comprendre des moyens pour, à partir de l'énergie électrique et/ou mécanique produite par l'au moins une génératrice, comprimer du dioxygène produit par l'hydrolienne et/ou de l'air prélevé en surface par l'hydrolienne, et injecter ce dioxygène ou cet air dans de l'eau dans lequel cet au moins un module est immergé.
Les moyens d'injection du gaz peuvent comprendre :
- un compresseur, dans au moins un des modules et/ou dans chaque module, et relié à des moyens de prélèvement du gaz en surface du liquide, et/ou
- un système de compression de gaz dans au moins un module relié à des moyens de prélèvement de gaz, lesdits moyens de prélèvement de gaz étant agencés pour prélever le gaz et le diriger vers les moyens de compression afin de comprimer le gaz prélevé, lesdits moyens de prélèvement de gaz étant de préférence : o agences pour prelever le gaz en surface du liquide, et/ou o situés en surface dans une bouée de prélèvement d'air et/ou o situés sur une plateforme en surface, de préférence en cas de recyclage de CO2 issu de capture industrielle.
Les moyens d'injection du gaz peuvent comprendre :
- des moyens de stockage du gaz, de préférence dans chaque module. Le Système hydrolien selon l'invention peut comprendre :
- des moyens de stockage de dihydrogène produit par le système hydrolien, lesdits moyens de stockage étant de préférence statiques ou amovibles, et/ou
- des moyens de stockage de dioxygène produit par le système hydrolien, lesdits moyens de stockage étant de préférence statiques ou amovibles.
Le système hydrolien selon l'invention peut comprendre :
- des moyens techniques de distribution , et/ou de facturation et/ou de paiement de dihydrogène produit par le système hydrolien, de préférence en remplissage de réservoirs de navires ou vaisseaux ou de bouteilles amovibles, et/ou
- des moyens techniques de distribution , et/ou de facturation et/ou de paiement de dioxygène produit par le système hydrolien, de préférence en remplissage des réservoirs de navires ou ou vaisseaux ou de bouteilles amovibles.
Le système hydrolien selon l'invention peut comprendre :
- des moyens de désalinisation de l'eau ou liquide dans lequel est immergé l'au moins un module, de préférence aux fins de fourniture d'eau potable ou autres usages.
Le système hydrolien selon l'invention peut comprendre :
- des moyens traitement et/ou de filtration de l'eau ou liquide dans lequel est immergé l'au moins un module, et/ou provenant d'une source externe par canalisations raccordées, de préférence aux fins de fourniture d'eau potable ou autres usages.
Description des figures et modes de réalisation D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :
[Fig. 1] la figure 1 est une vue schématique de coupe de profil du système hydrolien 1 selon l'invention dans sa version à un seul module producteur d'électricité de type A, typiquement dans sa version marine double-flux et faibles profondeurs, avec son principe de stockage et injection d'air comprimé prélevé en surface.
[Fig. 2] la figure 2 est une vue schématique de coupe de dessus du module producteur d'électricité (A) selon l'invention suivant la figure 1,
[Fig. 3] la figure 3 est une vue schématique de coupe de profil d'une variante du système hydrolien 1 selon l'invention dans sa version à plusieurs modules 2, illustrant simultanément différentes positions possibles et son mode d'adaptation aux variations des niveaux d'eau dues au marnage ainsi qu'aux changement de sens des courants, et qui est le mode de réalisation préféré de l'invention,
[Fig. 4] la figure 4 est une vue schématique de coupe de dessus d'un module de type B qui a pour fonction de produire et stocker du dihydrogène H2 pour le système hydrolien 1 selon l'invention, dans une version monomodule
[Fig. 5] la figure 5 est une vue schématique de coupe de profil d'un module de type B (pour produire et/ou stocker du dihydrogène H2) pour le système hydrolien 1 selon l'invention, intégrant la fonction de station submersible de livraison H2 pour le ravitaillement des bateaux ou vaisseaux.
[Fig. 6] la figure 6 est une vue schématique d'un exemple d'association des fonctions suivant différents types de modules (A et C), répartis dans chaque système hydrolien 1 selon l'invention, qui sont raccordés en un champ EMR (Energies Marines Renouvelables) conventionnel où l'électricité est délivrée au réseau terrestre via des câbles sous-marins. Les modules hachurés (Type C) sont spécifiquement dédiés à la diffusion d'air dans l'eau pour la production de phytoplancton à effet "puit de carbone" et/ou la remédiation en cas d'eutrophisation.
[Fig. 7] chaque figure 7 a) b) ou c) est une vue schématique d'exemples d'association des fonctions de différents types de modules parmi A, B, C répartis dans différentes configurations de systèmes hydroliens 1 selon l'invention, suivant des versions non-conventionnelles car non raccordées au réseau électrique.
[Fig. 8] la figure 8 est une vue schématique de coupe de profil du système hydrolien 1 selon l'invention dans sa déclinaison fluviale à un seul module producteur d'électricité de type A , version mono-flux, avec treuils permettant l'effacement pour les besoins de navigation.
[Fig. 9] la figure 9 est une vue schématique de coupe de dessus du système hydrolien 1 selon l'invention figure 8, en position de travail et d'effacement.
[Fig. 10] la figure 10 est une vue schématique d'usage tracté du système hydrolien 1 selon l'invention et de son ou ses module(s) 2, en position de travail en ancres flottantes (partie a), et en position de stockage des modules (partie b) suivant 2 options : en poupe ou sur les bords.
Ces modes de réalisation étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites ou illustrées par la suite isolées des autres caractéristiques décrites ou illustrées (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, et/ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou à différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
On va tout d'abord décrire, en référence aux figures 1 à 7, un mode de réalisation d'hydrolienne 1 selon l'invention.
On utilisera indifféremment les expressions « hydrolienne » et « système hydrolien ».
Le système hydrolien 1, comprend :
- au moins un module 2 (aussi appelé « module hydrolien »), agencé pour être immergé dans un liquide 9, chaque module 2 comprenant : o un chemin 3 de circulation de liquide 9 dans le module 2 comprenant une entrée 4 agencée pour faire entrer du liquide 9 dans le chemin 3 et au moins une sortie 5 agencée pour faire sortir le liquide 9 du chemin 3, o au moins une turbine 6 dans le chemin 3 de circulation de liquide, agencée pour être entrainée en rotation par le liquide 9 circulant dans le chemin 3, o au moins un alternateur 7, agencé pour transformer en énergie électrique une rotation de l'au moins une turbine 6, o des moyens 8 d'injection du gaz 10 dans le module.
Le système hydrolien 1 est un Système Hydrolien hybride modulaire (SH2M)
Bien entendu, dans la version à un seul module 2, l'expression « chaque module » doit s'entendre comme « le module ».
Sur la figure 1, la zone non hachurée du chemin 3 représente la zone du chemin 3 comprenant le liquide 9 et la zone hachurée représente la zone du module 2 comprenant le gaz 10 injecté.
Le caisson du module 2 est typiquement en aluminium, Inox, polyéthylène et/ou matériaux composites.
Chaque turbine 6 est par exemple de type tangentiel non traversante pour limiter les pertes de rendements et bruits dus à la trainée, et composée en aluminium, inox, et/ou matériaux composites. Le diamètre et nombre de pâles sont optimisés pour la vitesse de courant la plus fréquente pour le site considéré, le prototypage permettra de concevoir les algorithmes de dimensionnement. Typiquement, chaque turbine 6 a environ 1 mètre de diamètre et quelques dizaines de pâles, pour une vitesse du liquide dans le chemin 3 moyenne ou la plus fréquente pour le site considéré d'environ 2 mètres par seconde.
Chaque turbine 6 est agencée pour que le liquide 9 s'écoule selon un écoulement laminaire dans le chemin 3.
Chaque alternateur 7 est par exemple de type à aimants permanents synchrone sans balai et à régulation électronique (25 à 100 kW par alternateur à 400V/50hz stabilisé).
On entend par turbine 6 tout dispositif rotatif destiné à utiliser la force du fluide 9 et à la transmettre au moyen d'un arbre.
Le liquide 9 est de l'eau, de préférence de l'eau de mer ou de l'eau douce.
Chaque turbine 6 est entourée partiellement d'un espace 176.
Le système hydrolien 1 (de manière centralisée dans un seul module maître 21) et/ou chaque module 2 comprend en outre des moyens 11 pour contrôler une quantité du gaz 10 injecté par les moyens d'injection 8 du gaz dans un espace de retention 176 du gaz 10 (dilate par rapport a son état de stockage dans le module 2, plus exactement dans les moyens de stockage 14) en fonction :
- d'une consigne de niveau d'immersion de l'au moins un module 2 dans le liquide 9, et/ou
- en fonction d'une consigne d'excédent d'injection recherché en dissolution dans une veine d'eau pour fonctions puit de carbone et/ou remédiation.
Ainsi, par biomimétisme (inspiré des seiches), l'espace 176 a une fonction technique de vessie natatoire agencée pour ajuster la profondeur de l'au moins un module 2 dans le liquide 9 en fonction de la consigne de niveau d'immersion et/ou besoins d'excédent d'injection du gaz dans la veine d'eau (remédiation).
L'espace 176 d'une turbine 6 est typiquement un espace de forme tronc elliptique de volume d'au moins 10 m3 (dans l'exécution préférentielle de l'invention), entourant une moitié supérieure de sa turbine 6. Un lestage du module permet l'adaptation de sa flottabilité en fonction des options de construction et variantes de conception.
Ainsi, l'hydrolienne 1 est éligible sur un grand nombre de sites, puisque son implantation est peu dépendante du relief et de la nature des fonds et/ou des variations dues aux marées et/ou aux variations saisonnières et/ou des profondeurs des courants et/ou des contraintes environnementales et d'usages et offre une large compatibilité avec la diversité des gisements de courants à exploiter.
Les moyens de contrôle 11 comprennent au moins un ordinateur, une unité centrale ou de calcul, un chemin électronique analogique (de préférence dédié), un chemin électronique numérique (de préférence dédié), et/ou un microprocesseur (de préférence dédié), et/ou des moyens logiciels. Un dispositif d'alimentation électrique de secours sur batteries du système de contrôle permet l'autonomie nécessaire en l'absence d'auto-alimentation. Il intervient notamment pour l'injection d'air et l'assistance au démarrage.
Les moyens de contrôle 11 sont reliés (électriquement et/ou par des moyens de communication filaires ou non filaires) aux moyens d'injection 8 de manière à les contrôler.
Le gaz 10 est de préférence de l'air ou du O2 OU du CO2. L'expression « gaz » peut comprendre de preference de l'air, mais aussi du CO2 industriel capturé pour recyclage (pompe biologique carbone) ou autre suivant besoins de remédiation, ou dans la version H2 du O2 sous-produit.
Les moyens de contrôle 11 comprennent en outre :
- des moyens de communication (ou de collecte de données) agencés pour recevoir depuis l'extérieur du module 2 la consigne de niveau d'immersion (par exemple sur commande d'un opérateur extérieur), et/ou
- au moins un capteur (ou des moyens de mesure) fournissant des données (par exemple des données de détection de l'approche d'un navire ou vaisseau, et/ou des données sur la force et/ou position d'un courant marin ou fluvial, taux d'oxygène dans l'eau, etc) et des moyens de calcul ou détermination de la consigne de niveau d'immersion en fonction des données dudit au moins un capteur.
Typiquement, l'hydrolienne 1 est agencée, par ses moyens 11, pour modifier sa consigne de niveau d'immersion de manière à :
- aller plus profondément dans le liquide 9 pour des données de détection de l'approche d'un navire ou vaisseau ne souhaitant pas interagir avec l'hydrolienne 1, et/ou
- remonter à la surface du liquide 9 pour des données de détection de l'approche d'un navire ou vaisseau souhaitant interagir avec l'hydrolienne, et/ou
- ajuster la profondeur de l'au moins un module 2 dans le liquide 9 en fonction du marnage, de la hauteur d'un courant de liquide 9 à exploiter, etc.
On remarque que l'hydrolienne 1 évite les conflits d'usage importants pour la pêche et la navigation.
Chaque turbine 6 est agencée pour tourner autour d'un axe (horizontal) 15 perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à un sens de circulation 16 du liquide 9 à travers cette turbine 6 dans le chemin de circulation 3.
Ce type de turbine 6, exploitant un courant 16 de liquide 9 perpendiculaire à son axe de rotation 15, permet moins de turbulences générées dans les courants, une meilleure densité d'implantation possible par rapport aux systèmes hélicoïdes du fait de régimes moins turbulents (et donc une meilleure production par unité de surface avec des gains de compétitivité).
L'hydrolienne 1 comprend un système d'ancrage 17 de l'au moins un module et au moins un câble 18 reliant l'au moins un module au système d'ancrage 17. Chaque cable 18 est de préférence un cable étanche multifonction ombilical, conducteur (Umax 3 kV), d'ancrage (résistance rupture max 60 t), et de communication (cuivre et/ou Fibres optiques).
De préférence deux câbles 18 relient deux côtés opposés de chaque module 2 au système d'ancrage 17.
Le système d'ancrage 17 comprend des lests bétons si le fond est sédimentaire ou des fixations mécaniques si le fond est rocheux. Les lests bétons sont acheminés par remorquage et coulés in situ de manière réversible.
En dehors des ancrages 17, la surface maritime reste accessible à une pêche alternative au flux et reflux. L'hydrolienne 1 peut être noyée et rendue inerte sur le fond (position 104, figure 3) en protection d'événements climatiques exceptionnels et/ou pour permettre le passage de bateaux à tirants d'eau exceptionnels.
Chaque module 2 est retenu par l'au moins un câble 18.
Chaque module 2 comprend au moins un vérin 180 (de préférence un vérin 180 par câble 18), contrôlé par les moyens 11 de ce même module, reliant ce module 2 à l'au moins un câble 18 de manière à adapter l'assiette du module 2.
Les moyens 11 sont agencés pour commander chaque vérin 180.
Chaque vérin 180 peut par exemple être de type pneumatique double effet.
L'entrée 4 comprend une grille 41 (de préférence autonettoyante) anti faune et corps étrangers. Cela évite l'altération profonde et irréversible des biotopes, et les collisions avec la faune, et diminue les risques de pannes par blocage ou détérioration des turbines.
La grille 41 est par exemple de type à dégrillage automatique par peignes manœuvrés par vérins pneumatiques.
L'entrée 4 comprend un convergent 42 agencé pour accélérer la vitesse du fluide 9 dans le chemin 3.
Le convergent 42 est par exemple agencé pour réduire la section de l'entrée 4 d'au moins 15 % avant l'au moins une turbine 6.
Les moyens d'injection 8 d'un module 2 sont agencés pour, lorsque le module 2 est entièrement immergé dans le liquide 9, injecter le gaz 10 au niveau de l'au moins une turbine 6 de sorte qu'une partie inférieure 66 de l'au moins une turbine soit immergée dans le liquide 9 parcourant le chemin 3 et une partie supérieure 76 de l'au moins une turbine 6 soit immergee dans le gaz injecté 10 ou en contact au moins partiellement avec le gaz injecté 10.
L'espace de rétention 176 du gaz 10 entoure la partie supérieure 76 de l'au moins une turbine 6.
Ainsi, chaque module 2 exploite la différence de densité entre l'air 10 et l'eau 9 (x 800) par une immersion partielle, et améliore considérablement son rendement global d'exploitation annuelle avec une meilleure sensibilité aux variations de vitesse des courants permettant en particulier d'exploiter les plus fréquents inférieurs à 2 mètres par seconde. L'injection d'air facilite l'auto démarrage qui est un point faible des turbines tangentielles par rapport aux hélicoïdes, et le stockage d'air lors des courants forts permet d'améliorer le rendement en injectant plus d'air lorsque les courants sont plus faibles avec un meilleur taux de charge des alternateurs et de l'électrolyseur en production H2.
Le module 2 comprend : o un premier jeu 61 de turbine comprenant au moins une turbine 6, o un deuxième jeu 62 de turbine comprenant au moins une turbine 6,
Ce deuxième jeu 62 de turbine peut ne pas être présent dans certaines variantes de l'invention.
L'au moins une sortie 5 comprend une sortie 5 par jeu 61, 62 de turbine 6.
L'entrée 4 est commune aux deux jeux 61, 62 de turbines 6.
Chaque sortie 5 comprend au moins un volet réglable 51 agencé pour adapter le débit et l'assiette du module 2.
Les moyens 11 sont agencés pour commander chaque volet 51.
Chaque volet 51 peut par exemple être en aluminium, Inox, polyéthylène et/ou matériaux composites.
Selon les variantes considérées, l'hydrolienne 1 peut comprendre :
- un nombre variable de module 2 : o un seul module (comme illustré sur les figures 1 et 2) ou o plusieurs modules reliés entre eux par l'au moins un câble
18 et au même système d'ancrage 17 (comme illustré en particulier sur les figures 3, 6 et 7), dont un module 2 dit module pilote 21 (aussi appelé « module maître ») comprenant des moyens 22 pour commander les autres modules 2 dits esclaves, et/ou
- un nombre variable de turbine 6 par jeu de turbine 61 ou 62 (par exemple une turbine 6 par jeu de turbine 61, 62 comme illustré à la figure 2 ou deux turbines 6 d'axes de rotation alignés par jeu de turbine 61, 62 comme illustré à la figure 4).
Les moyens 22 comprennent au moins un ordinateur, une unité centrale ou de calcul, un chemin électronique analogique (de préférence dédié), un chemin électronique numérique (de préférence dédié), et/ou un microprocesseur (de préférence dédié), et/ou des moyens logiciels. Un dispositif d'alimentation électrique de secours sur batteries du système de contrôle permet l'autonomie nécessaire en l'absence d'auto-alimentation. Il intervient notamment pour l'injection d'air et l'assistance au démarrage.
Pour toutes ces variantes, le système hydrolien 1 peut avoir plusieurs positions dans le liquide 9, en fonction d'un sens du courant du liquide 9 autour des modules 2 (par exemple pour les positions 101 et 102 de la figure 3) et/ou en fonction de la consigne de niveau d'immersion (par exemple pour les positions 103 et 104 de la figure 3).
La conception flottante permet de la tracter sur zone d'installation avec un minimum de résistance aux courants du fait de sa forme oblongue hydrodynamique dans le sens longitudinal.
Elle permet d'exploiter des courants en faibles profondeurs comme les passes de lagons, les voies de navigation car elle peut « s'effacer » pour laisser le passage des bateaux. Elle occupe une place minimale et temporaire sur les fonds marins en préservant l'accessibilité des zones de pêches.
Les modules 2 flottent entre deux eaux en fonction de la profondeur exploitable liée aux fluctuations du marnage et en tenant compte du tirant d'eau minimum nécessaire à la navigation.
Suivant besoin les modules 2 peuvent être coulés (Figure 3, position 104) pour reposer sur le fond (ht~3m) sur détection d'un bateau. Le fond est situé sous le liquide 9.
A l'étale (Figure 3, position 103) les modules 2 sont en surface ou d'accès facile, facilitant la maintenance sans moyens offshore lourds ou importants. Le système hydrolien 1 peut etre multiplié et agencé en « bancs » aussi bien en largeur qu'en hauteur pour exploiter totalement les courants. Il peut être installé en grandes profondeurs pour exploiter des courants thermohalins comme le Gulf Stream ou le Kuroshio.
Son très faible impact environnemental réside dans sa conception qui d'une part privilégie le maintien d'un écoulement laminaire de l'eau et des dimensions réduites de turbines afin d'éviter les pollutions acoustiques nuisibles à la biosphère. D'autre part les fonds sont préservés car l'ancrage 17 créé peu de perturbations des courants susceptibles de modifier la répartition sédimentaire. Les risques de collisions pour les animaux marins sont extrêmement réduits par rapport aux solutions connues à ce jour.
Son impact en émission de gaz à effet de serre est positif avec un effet puit de carbone. En effet son action d'injection d'air dans l'eau renforce la "pompe biologique" naturelle qui transforme par photosynthèse le carbone en biomasse en produisant du phytoplancton. Or la capacité d'absorption des océans diminue avec l'augmentation de leur température due au réchauffement climatique. L'hydrolienne permettrait, sous réserve de ne pas générer une acidification des eaux trop importante, de recycler du CO2 industriel capturé en l'utilisant livré sur une plateforme équipée de compresseurs d'injection en remplacement de l'air ambiant normalement prélevé.
Ainsi, pour toutes ces variantes le système hydrolien 1 est agencé pour que, en fonction d'un sens de courant du liquide 9 environnant l'au moins un module : o le premier jeu de turbine 61 soit situé au-dessus du deuxième jeu de turbine 62 (cas de la position 101 de la figure 3), ou o le deuxième jeu de turbine soit situé au-dessus du premier jeu de turbine (cas de la position 102 de la figure 3),
Pour chaque module 2, les moyens d'injection 8 de gaz de ce module 2 sont agencés pour, lorsque ce module 2 est entièrement immergé dans le liquide 9 : o injecter du gaz 10 au niveau de l'au moins une turbine 6 du jeu de turbine (jeu 61 sur la figure 1 et dans la position 101 de la figure 3, ou jeu 62 dans la position 102 de la figure 3)) , dit « jeu supérieur », situé au-dessus de l'autre jeu de turbine (jeu 62 sur la figure 1 et dans la position 101 de la figure 3, ou jeu 61 dans la position 102 de la figure 3)), de sorte qu'une partie inférieure 66 de l'au moins une turbine 6 du jeu supérieur soit immergée dans le liquide 9 parcourant le chemin 3 et une partie supérieure 76 de l'au moins une turbine 6 du jeu supérieur soit immergée dans le gaz 10 injecté ou en contact au moins partiellement avec le gaz injecté 10, et o ne pas injecter du gaz 10 au niveau de l'au moins une turbine 6 du jeu de turbine (jeu 62 sur la figure 1 et dans la position 101 de la figure 3, ou jeu 61 dans la position 102 de la figure 3)), dit « jeu inférieur », situé au-dessous de l'autre jeu de turbine, de sorte que l'au moins une turbine 6 du jeu inférieur soit totalement immergée dans le liquide 9 parcourant le chemin de circulation 3 de liquide. L'au moins une turbine 6 du jeu inférieur peut tourner, ou pas suivant la vitesse variable du courant; son rendement est intéressant pour les vitesses de courants les plus élevées et son point de fonctionnement complémentaire à celui de la turbine 6 ciblant les régimes de courants plus faibles. Cette complémentarité améliore le rendement global annuel de production.
Les moyens d'injection 8 du gaz comprennent :
- un compresseur 12 dans au moins un des modules 2 (de préférence module maître) ou dans chaque module 2 relié (de préférence au moins en partie le long de l'au moins un câble 18 reliant l'au moins un module 2 au système d'ancrage 17) à des moyens 13 de prélèvement du gaz 10 en surface du liquide, et/ou
- un compresseur dans le système d'ancrage, et/ou
- un compresseur 12 situé dans des moyens de prélèvement 13 du gaz en surface du liquide et relié (de préférence au moins en partie le long de l'au moins un câble 18 reliant l'au moins un module 2 au système d'ancrage 17) à chaque module 2 de manière à distribuer le gaz 10 à chaque module 2 ; en particulier pour les profondeurs importantes, les moyens de compression pourront être disposés dans une bouée ou un module flottant en surface qui peut être équipé de sources d'énergie renouvelable complémentaires (éoliennes photovoltaïques, houlomotrices...). De manière générale, le compresseur 12 peut etre remplacé par un système 12 de compression de gaz dans au moins un module relié à des moyens de prélèvement de gaz 13, lesdits moyens de prélèvement de gaz étant agencés pour prélever le gaz et le diriger vers les moyens de compression afin de comprimer le gaz prélevé, lesdits moyens de prélèvement de gaz étant de préférence : o agencés pour prélever le gaz en surface du liquide, et/ou o situés en surface dans une bouée de prélèvement d'air et/ou o situés sur une plateforme en surface, de préférence en cas de recyclage de CO2 issu de capture industrielle.
Les moyens 13 de prélèvement comprennent typiquement une bouée en surface (par exemple en acier, aluminium, Inox, polyéthylène ou matériaux composites suivants normes de conception, signalisation, et télécommunication en vigueur) ou des moyens positionnés sur au moins un module 2, 21 agencé pour prélever le gaz 10 à l'étale depuis le module 2, 21 lorsque ce dernier est émergé au moins en partie du liquide 9.
Les moyens 8 d'injection du gaz 10 comprennent des moyens de stockage 14 du gaz dans chaque module 2, sous une forme comprimée par rapport au gaz 10 lors de son prélèvement par les moyens 13 et/ou lors de l'injection dans chaque module 2.
Les moyens de stockage (14) peuvent être statiques (par exemple cuve) ou amovibles (par exemple bouteille de gaz).
Dans un exemple de réalisation détaillé, les moyens d'injection 8 comprennent typiquement :
- les moyens de stockage 14 (type de bouteille ou autre), par exemple des Bouteilles en matériaux composites
- le compresseur 12, comme par exemple un compresseur industriel marinisé,
- un injecteur qui débouche dans le volume 176, relié au compresseur 12 et/ou moyen de stockage 14 par des tuyaux et/ou conduits d'air comprimé en acier, cuivre, inox ou polyéthylène.
Ainsi, l'hydrolienne 1 comprend des moyens pour prélever l'air depuis :
- une bouée 13 en surface ou un module flottant spécifique permettant de distribuer sur plusieurs groupes de modules et pour les grandes profondeurs nécessitant des pressions d'air plus élevées - à l'étale depuis le module maître 21 émergé (pour les faibles profondeurs).
L'air 10 est comprimé, stocké (dans les moyens 14), puis utilisé pour expulser le liquide 9 la chambre haute 176 de la ou des turbines actives 6 du jeu « supérieur » de turbine 6. Les modules 2 sont ainsi maintenus à hauteur dans le courant par biomimétisme (vessie natatoire des poissons).
Le système d'ancrage 17 ou le module 2 est équipé d'un treuil 19 agencé pour raccourcir ou allonger l'au moins un câble 17 reliant l'au moins un module 2 au système d'ancrage 17. Le treuil 19 permet la libération de toute la profondeur en allongeant le câble 18 d'un des ancrages 17. Le module 2 s'efface alors naturellement en se positionnant sur le côté de la veine de courant en occupant seulement 3 m de large. De préférence, seule la version fluviale des figures 8 et 9 est équipée de treuils 19.
Le treuil 19 est par exemple de type électrique ou pneumatique, et étanche.
Chaque module 2 est équipé d'un caisson technique étanche amovible qui comprend :
- Les moyens de contrôle 11 et/ou de commande 22 et/ou de gestion de régulation électrique de puissance de ce module 2, et/ou
- Les moyens de gestion 8, 12, 14 du gaz comprimé 10, qui alimentent aussi les vérins 180 de correction d'assiette, et/ou
- tout ou partie parmi l'au moins un capteur, les moyens de calcul, les moyens de communication, les moyens de mesure, de contrôle commande , et/ou de collecte de données, et/ou
- une alimentation électrique autonome, et/ou
- éventuellement suivant la variante, une ou plusieurs bouteilles de dihygrogène comprimé ou de dioxygène comprimé ou d'air comprimé.
Selon le type A, B, C ou D ci-dessous considéré, chaque module 2 peut produire et/ou stocker différents éléments:
A) Chaque module 2 peut produire et/ou stocker de l'électricité afin de la distribuer vers l'extérieur du module 2, dans le type A de module 2.
Dans ce cas, le système hydrolien 1 comprend des moyens 20 pour conduire, le long de l'au moins un câble 18 reliant l'au moins un module 2 au système d'ancrage 17, de l'électricité produite par l'au moins un alternateur 7. Ces moyens 20 comprennent typiquement cables sous-marins de raccordement des turbines à aux moyens de commande 11 (aussi appelés armoire TCC (pour « Turbine Control Center » ou Centre de contrôle des turbines)) du module maître 21 raccordée via la base d'ancrage au micro réseau 181 d'interconnexion de l'ensemble des hydroliennes au transformateur d'injection sur le réseau terrestre.
Comme illustré en figure 6, cette électricité peut ensuite être conduite par d'autres câbles 181 depuis l'ancrage 17 jusqu'à un transformateur terrestre 182.
Ainsi, chaque turbine 6 est couplée à un régulateur alternateur 7 (ou en direct), lui même raccordé à un micro-grid (ou micro réseau) 181 dimensionné suivant le nombre de modules 2 et/ou de systèmes hydroliens 1 installés. Ce micro-grid est couplé au réseau de distribution électrique terrestre local 182.
Un module 2 a une puissance d'environ 100 Kw (pour une vitesse de courant Vert = 2 m/s) pour un rendement annuel supérieur aux solutions actuelles du fait d'une meilleure sensibilité aux variations de vitesse des courants grâce notamment à sa conception hybride utilisant le vecteur gaz. Le régime laminaire en aval de l'hydrolienne 1 permet une meilleure densité d'implantation et donc une plus grande efficacité d'exploitation des gisements rapportée à leur surface maritime ou fluviale.
B) Chaque module 2 peut produire et/ou stocker du dihydrogène H2 afin de le distribuer vers l'extérieur du module 2, dans le type B de module 2.
Dans ce cas, l'au moins un module 2 du système hydrolien 1 comprend des moyens 23 pour, à partir de l'énergie électrique produite par l'au moins un alternateur 7, produire du dihydrogène à partir d'eau dans lequel cet au moins un module est immergé.
Ces moyens 23 comprennent typiquement un désalinisateur par osmose inverse (alimenté électriquement par les moyens 11 eux même alimentés par le ou les alternateur(s) 7 du module considéré) pour la production d'eau pure et un système d'électrolyse (alimenté électriquement par les moyens 11 eux même alimentés par le ou les alternateur(s) 7 du module considéré) qui transforme l'eau pure en H2 et O2. Cette production dessert typiquement un réseau H2 avec une pile à combustible pour produire de l'électricité 24h/24h pour les sites isolés et/ou un système de compression H2 et un stockage (bouteilles composites 700 Bars) avec station de livraison pour la mobilité décarbonée en substitution du gaz fossile ou du pétrole. Un cout compétitif de dihydrogène est possible grace au meilleures performances et à la conception des modules hydroliens conjuguées au stockage hybride d'énergie qui utilise l'air comprimé. Cela permet un dimensionnement optimisé de l'électrolyseur, sous-système le plus coûteux, afin d'obtenir un taux de charge le plus élevé possible malgré les variations d'intensité quotidiennes des courants marins.
Ainsi, le système hydrolien 1 peut également être utilisé pour la production locale d'hydrogène en circuits courts pour satisfaire les besoins électriques de sites isolés non raccordés (îles) et/ou pour les besoins des nouvelles mobilités notamment des ports, bateaux et villes côtières...
Cette invention est donc une brique de base de solutions efficaces pour sortir des énergies fossiles. Les océans constituent le plus gros capteur d'énergie solaire sur 70% de la surface terrestre. Cette énergie solaire renouvelable est restituée sous forme de vents de houles et de courants qui transmettent aussi l'énergie cinétique des astres par les marées. En utilisant cette hydrolienne les hommes peuvent devenir « pêcheurs d'énergies », ces EMR mises sous forme d'hydrogène renouvelable pour satisfaire leurs besoins de mobilité sur mer, sur terre, dans les airs et cela sans émettre ni carbone ni particules où risquer des catastrophes écologiques comme les marées noires.
Selon différentes variantes du type B :
- le module 2 peut être directement raccordé en micro grid (ou micro réseau) par une canalisation 282 de H2 immergée à une station portuaire de livraison d'hydrogène vert pour les bateaux . Ce modèle en circuit court a une efficacité environnementale 6 fois plus grande en substitution du gasoil (330 gCO2e/kWh) qu'un raccordement au réseau électrique RTE (53 gCO2e/kWh). Il est plus compétitif et moins impactant pour la biodiversité qu'une infrastructure par câbles sous-marins (1 M€/km). Il évite les difficultés d'atterrage et de raccordement au poste de livraison le plus proche bien souvent aléatoires (techniquement et juridiquement), de mauvaise acceptabilité sociale, et prohibitifs. Ce coût est à comparer avec celui d'une station H2 (1 M€, désalinisateur, électrolyseur et système de compression). Ces coûts vont d'ailleurs devenir de plus en plus compétitifs avec la démocratisation en cours du vecteur hydrogène.
- le module 2 de production hydrogène remonte automatiquement à la surface à la demande (signal émis par la bouée 13) pour le remplacement des bouteilles d'hb pleines récupérées par bateaux. La fréquence est variable suivant les courants, ( installation et les consommations. Des modules 2 complémentaires de production/stockage peuvent être prévus. La périodicité peut être ajustée en premiers mois d'exploitation grâce à un algorithme prédictif et aux données collectées. Il intègre les courants et marnages et les contraintes météos éventuelles afin d'optimiser les coûts. Ces bouteilles H2 sont distribuées sur les stations H2 du territoire dans les ports pour l'alimentation des bateaux, directement chez des professionnels de la mer pour des besoins spécifiques (navettes maritimes, ostréiculteurs, pécheurs), auprès de transporteurs logistiques (gros porteurs routiers) ou pour d'autres usages de mobilité (voitures, plaisance, vélos H2) voire procédés industriels (production d'engrais, sidérurgie, cimenteries, activités spatiales (Ariane...)... comme illustré sur les figures 4 et 5, le module 2 est directement équipé d'une prise de remplissage abritée par une trappe automatique étanche dont l'accès est accordé en mode paiement sans contact et/ou reconnaissance radio (R.FID ou équivalent). Les bateaux peuvent alors directement accoster au module 2 pour faire le plein (10 à 20 mn) . Un algorithme communiquant permet de guider par GPS les bateaux au point de livraison le plus proche en tenant compte des conditions techniques (stocks disponibles et prévisionnels, besoins des bateaux et...) et/ou météorologiques (brouillard, de nuit...).
Dans ce type B, le module 2 est équipé de deux caissons distincts. Le premier renferme la partie production de H2 et le second la partie stockage de H2. Le caisson de stockage est équipé d'un rack amovible avec connecteurs rapides qui permet de remplacer les bouteilles pleines par des vides lors de l'étale. L'oxygène sous-produit d'électrolyse peut également être valorisé en bouteilles (par exemple d'oxygène de qualité médicale ou pour les besoins de la plongée professionnelle) ou largué dans l'eau dopant ainsi la production de phytoplancton et toute la chaîne de biodiversité. En option une trappe automatique avec accès et paiement sans contact protège une prise de livraison qui permet lorsque le module est émergeant à l'étale de faire le plein des bateaux en accostant au module 2. Cette solution permet de rendre autonomes en énergie renouvelable les littoraux, flottes de pêche ou de plaisance, transport de passagers, en tout point de la planète en circuits courts et de lutter contre la malnutrition et le déclin de la biodiversité.
C) Chaque module 2 peut produire et/ou stocker du dioxygène O2 ou de l'air ou un autre élément (nécessaire à la restauration de milieux dégradés par le réchauffement climatique ou la pression anthropique littorale) afin de libérer dans le liquide 9 ce dioxygène O2 ou cet air ou cet autre élément, de préférence afin de ré-oxygéner l'eau ou le liquide 9 dans lequel le module 2 est immergé, dans le type C de module 2.
Dans ce cas, l'au moins un module 2 du système hydrolien 1 comprend des moyens 25 pour, à partir de l'énergie électrique produite par l'au moins un alternateur 7, comprimer de l'air ou du dioxygène produit par l'hydrolienne 1 (selon les moyens 23 ou 24 du module de type A) ou B) ci-dessus) par les moyens 13 et /ou le compresseur 12, et injecter ce dioxygène ou cet air dans de l'eau 9 dans lequel cet au moins un module 2 est immergé.
Ces moyens 24 sont en pratique identiques aux moyens 23 du module de type B), l'02 et l'1-12 étant tous deux des produits du désalinisateur et du système d'électrolyse.
Ce type C a pour fonctions principales la captation et séquestration sous forme de biomasse du carbone de l'air (ou industriel) et/ou la ré-oxygénation des eaux eutrophisées par le réchauffement climatique et la pollution anthropique. Le système hydrolien n'aura alors pas pour fonction unique de produire de l'énergie mais sera conçue pour utiliser les courants afin de comprimer de l'air atmosphérique pour l'injecter dans l'eau. En effet de plus en plus de baies et milieux marins ou fluviaux semi-fermés sont confrontés à des épisodes de prolifération d'algues (ou « algal bloom ») qui ont pour conséquence première l'eutrophisation puis l'apparition de cyanobactéries dangereuses pour le biotope, le faune benthique et les humains. La réoxygénation de l'eau permet de combattre ces effets en restaurant une population de phytophage équilibrée avec la prolifération d'algues. L'effet positif sur la chaîne alimentaire permettrait l'augmentation des volumes de pêche en améliorant la condition des pêcheurs et la lutte contre la malnutrition.
Ainsi, le système hydrolien 1 peut générer des bénéfices indirects en étant utilisé pour oxygéner l'eau et favoriser la prévention des prolifération d'algues voir diffuser d'autres éléments nécessaires à la restauration de milieux dégradés par le réchauffement climatique ou la pression anthropique littorale.
Dans une variante, l'oxygène sous-produit d'électrolyse peut être valorisé en bouteilles (par exemple d'oxygène de qualité médicale ou pour les besoins de la plongée professionnelle) et/ou distribué à des navires ou vaisseaux. La description faite pour le type B peut etre applicable au type C pour la production et le stockage de O2, en remplaçant H2 par O2
D) Chaque module 2 peut transformer directement l'énergie cinétique des courants en énergie mécanique de pompage pour fournir de l'eau potable par désalinisation d'eau de mer, ou par traitement d'eaux insalubres. Le système hydrolien 1 peut être utilisé pour fournir des services des eaux aux populations à partir des eaux marines ou fluviales que cela soit pour la consommation humaine, pour l'irrigation ou les besoins sanitaires. Cela sans avoir besoin d'aucune infrastructure électrique ce qui va avoir une importance cruciale pour l'adaptation au réchauffement climatique des pays émergents.
Dans ce cas, l'au moins un module 2 du système hydrolien 1 comprend des moyens 25 pour, à partir de l'énergie électrique produite par l'au moins un alternateur 7, assurer l'autonomie électrique de fonctionnement l'au moins un module 2 du système hydrolien et des moyens de désalinisation et/ou de traitement d'eau. L'essentiel de l'énergie des courants est utilisé par des pompes disposées en bout d'arbres des turbines 6 (en lieu et place des alternateurs 7). L'eau pompée est acheminée par des tuyauteries en polyéthylène electrosoudées sur la rive du fleuve ou sur la côte pour alimenter des réserves d'eau potable ou des bassins de stockage ou des systèmes d'irrigation. Elle peut également alimenter des bateaux citerne, des unités d'embouteillage d'eau alimentaire sur plateforme ou bateau ou encore dans des usines terrestres.
Le fait que le le système hydrolien 1 soit conçu dès l'origine pour permettre d'associer des modules 2 entre eux permet de bénéficier de toutes les fonctions à des degrés divers en fonction des besoins spécifiques du territoire concernés.
Ainsi, tous les modules de type A, B, C ou D sont combinables entre eux au sein d'un même système hydrolien 1 et/ou peuvent aussi être répartis dans plusieurs systèmes hydroliens 1 selon l'invention, selon une quasi infinité de combinaisons qui dépendent du nombre de module 2 par système hydrolien 1, et du choix des types de modules parmi A, B, C ou D. Par exemple, sur les figures 6 et 7 : - chaque module 2 non hachure est de type A, pour produire et/ou stocker de l'électricité afin de la distribuer vers l'extérieur de ce module 2,
- chaque module 2 simplement hachuré est de type B, pour produire et/ou stocker du dihydrogène H2 afin de le distribuer vers l'extérieur de ce module 2,
- chaque module 2 doublement hachuré est de type C, pour produire et/ou stocker du dioxygène O2 (si associé à des modules de type B) ou de l'air afin de ré-oxygéner l'eau ou le liquide 9 dans lequel le module 2 est immergé,
Dans le cas du système hydrolien 1 de droite de la figure 7c) comprenant trois modules de type B, ces modules 2 comprennent de haut en bas :
- un module de type B ayant les fonctions de station de remplissage et de stock de H2,
- un module de type B ayant les fonctions de compression et de stock de H2,
- un module de type B ayant les fonctions de production et de stock de H2, ces trois modules 2 communiquant entre eux par des moyens de transport de H2 (de préférence le long de l'au moins un câble 18), afin que le H2 produit par le module 2 du bas puisse être comprimé par le module 2 du milieu, et que le ^comprimé par le module 2 du milieu puisse être distribué vers l'extérieur par le module 2 du haut.
A la vue de la description précédente, on comprend donc que le système hydrolien 1, par sa conception nouvelle, totalement originale, permet de couvrir les besoins de tous les gisements en minimisant les impacts d'usages ou environnementaux et les coûts de manière inédite et en apportant de nouveaux services et fonctionnalités jamais fournis par une hydrolienne.
Par son faible encombrement et sa conception modulaire flottante sous- marine l'hydrolienne 1 déploie une surface de captage variable en suivant l'évolution du marnage. Chaque module 2 a, pour une surface de captage avoisinant 20 m2/u, l'encombrement d'un container standard ISO 668 :2020 et ISO 1496-3:2019 (Longueur=1218 cm , largeur=244 cm, Hauteur=290 cm pour un poids de 3,7 t) ce qui a I avantage de le rendre facilement transportable et productible en grande série.
Les gisements de trop faible profondeur pour les solutions hélicoïdes deviennent accessibles à cette invention, ou encore les passes de lagons qui ont de forts courants, une topographie inadaptée et une trop forte densité de biodiversité. De nombreuses îles souffrent des coûts élevés du gas-oil pour leur électricité et leur mobilité avec un impact carbone critique. Cette solution préserve l'avenir et l'autonomie de ces territoires très exposés aux catastrophes naturelles et à la montée des eaux consécutifs aux émissions de gaz à effet de serre liées à la dépendance au pétrole.
Le système hydrolien 1 est dit « hybride » par sa double capacité à produire de l'électricité renouvelable et/ou du H2 renouvelable à partir de deux éléments distincts l'eau et l'air ce qui est totalement nouveau.
On va maintenant décrire, mais uniquement pour ses différences par rapport aux figures 1 à 7 (les numéros de référence déjà décrits ne seront pas de nouveau décrits) l'hydrolienne 1 dans sa variante fluviale.
Cette variante peut être à un seul module 2, comme illustré aux figures 8 et 9, ou à plusieurs modules 2 comme précédemment illustré, en fonction de la profondeur du fleuve.
On remarque que chaque module 2 de l'hydrolienne de la figure 8 ne comprend qu'un seul jeu supérieur 61 de turbines 6. En effet, dans un fleuve, le sens du courant de l'eau de change pas.
En outre, on remarque que les moyens 13 de prélèvement du gaz 10 en surface du liquide 9 sont situés directement dans le module 2 (ou dans au moins un des modules 2, de préférence celui situé le plus en haut dans le cas à plusieurs modules 2): le gaz est prélevé et stocké dans le module 2 à chaque remontée du module 2 en surface du liquide 9.
Enfin, en référence à la figure 9, on remarque que les deux treuils 19 sont agencés pour allonger les deux câbles 18, 20 de longueurs sensiblement identiques (dans la position 111 du module 2) ou de longueurs différentes (dans la position 112 du module 2), de manière à pouvoir positionner le ou chaque module 2:
- dans sa position 111 de sorte que le ou chaque module 2 soit allongé perpendiculairement ou sensiblement perpendiculairement à la direction d'écoulement 16 du liquide 9 dans le fleuve (i.e. de sorte que l'axe 15 soit perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire a la direction d'écoulement 16 du liquide 9 dans le fleuve) ; cette position est la position d'utilisation du module 2 pour générer un courant électrique ou du H2 ou O2, ou
- dans sa position 112 de sorte que le ou chaque module 2 soit allongé parallèlement ou sensiblement parallèlement à la direction d'écoulement 16 du liquide 9 dans le fleuve (i.e. de sorte que l'axe 15 soit parallèle ou sensiblement parallèle à la direction d'écoulement 16 du liquide 9 dans le fleuve) ; cette position est la position du module 2 permettant de laisser passer certains navires sur le fleuve sans toucher le module 2.
La figure 10 est une vue schématique d'usage tracté (derrière un navire 200 ou autre vaisseau 200 submersible ou semi-submersible équipé de moyens véliques 202) du système hydrolien 1 selon l'une quelconque des variantes ou modes de réalisation précédemment décrits, et de son ou ses module(s) 2 :
- en position de travail en ancres flottantes (partie a), et
- en position de stockage des modules (partie b) suivant 2 options : en poupe avec mise à l'eau par portique de levage 204 ou sur les bords avec mise à l'eau par rampes 203 bâbord et/ou tribord.
Ce ci illustre l'usage du système 1 pour de la récupération d'énergie en tant qu'ancres flottantes tractées produisant de l'hydrogène renouvelable au portant pour bateaux retrofités hybrides équipés avec aile de traction éco.
Le navire 200 comprend un container 201 de production de H2, en particulier si cette option n'est pas intégrée au(x) module(s) 2.
Selon les différentes variantes ou modes de réalisation de l'invention précédemment considérés, l'invention peut donc, de manière modulable, former un Système Hydrolien Hybride Modulaire (SH2M), potentiellement un système multifonction de capture et de stockage de l'énergie des courants hydrauliques pour leur transformation en électricité et/ou dihydrogène renouvelable avec effets fonctions complémentaires de puit de carbone et/ou remédiation et/ou production d'eau potable et/ou services d'eau pour autres usages, et qui comprend : - au moins un module hydrolien (2) immerge dans un liquide (9), pour la captation de l'énergie cinétique des courants comprenant : o un chemin (3) de circulation de liquide dans le module comprenant une entrée (4) agencée pour faire entrer du liquide dans le chemin et au moins une sortie (5) agencée pour faire sortir le liquide du chemin, o Au moins une génératrice (6) dans le chemin de circulation de liquide, ladite génératrice étant agencée pour transformer une énergie cinétique du liquide circulant dans le chemin (3) en énergie électrique et/ou mécanique,
- au moins un système de gestion de gaz (10) solidaire ou non d'un ou plusieurs modules hydroliens suivant versions, pour la captation, compression, stockage et gestion du gaz comme vecteur d'énergie et vecteur de recyclage du CO2 ou autre gaz (ex CO2 industriel) comprenant par exemple : o Une prise de gaz (10) ou d'air intégrée au module hydrolien, une bouée ou une plateforme en surface hébergeant suivant versions :
■ Prise d'air et système de compression intégrés au module hydrolien en version faibles profondeurs, et/ou
■ Bouée en surface et canalisations de raccordement au système de compression intégré au module hydrolien module hydrolien pilote , profondeurs moyennes, et/ou
■ Plateforme avec prise d'air et/ou stockage et alimentation en CO2 industriel capturé et système de compression et/ou de desserte et alimentation CO2 industriel capturé avec canalisations de raccordement au module hydrolien pilote o un chemin de circulation du gaz o des moyens d'injection du gaz dans le module, o des moyens pour contrôler une quantité de gaz injecté par les moyens d'injection de gaz en fonction d'une consigne de niveau d'immersion de l'au moins un module dans le liquide et/ou d'une consigne de stockage de gaz calculée en fonction de l'intensité du courant hydraulique et/ou de la charge de l'électrolyseur. - De maniéré optionnelle ou modulable, fonctions spécifiques intégrées à un module ou assurées par association de plusieurs modules hydroliens pour la remédiation de milieux et/ou la production d'eau par pompage, comprenant : o Module(s) hydrolien(s) « pilotes(s) » avec à minima une turbine équipée d'un alternateur avec batteries pour l'autonomie électrique du système de contrôle commande, et/ou o Module(s) hydrolien(s) « remédiation » avec turbines dédiées produisant mécaniquement de l'air comprimé injecté dans l'eau permettant des fonctions de remédiation :
■ Lutte contre l'eutrophisation par réoxygénation, et/ou
■ Séquestration carbone par pompe biologique, et/ou
■ Oxygénation de bassins d'aquaculture, et/ou o Module(s) hydrolien(s) « pompage » dont la ou les turbine(s) dédiées produisent des services de fourniture d'eau traitée ou non suivant les caissons techniques associés aux modules :
■ Eau d'irrigation d'origine fluviale ou dessalinisée, et/ou
■ Eau potable d'origine fluviale ou dessalinisée, et/ou
■ Eau salée, dessalinisée, d'origine fluviale, ou à recycler de renouvellement pour l'aquaculture, les process industriels ou les équipements de loisirs
- De manière optionnelle ou modulable, fonction récupération d'énergie utilisant un module ou assurée par association de plusieurs modules hydroliens tractés (comme illustré en figure 10) derrière un navire équipé de moyens véliques ou autre vaisseau submersible ou semi-submersible, comprenant : o Système de mise à l'eau et récupération, et/ou o Module(s) hydrolien(s) « pilote(s) » producteur(s) d'électricité immergé(s) et/ou esclave avec remplacement par système de contrôle commande installé embarqué sur le navire ou vaisseau , et/ou o Module(s) hydrolien(s) « esclave(s) » producteur(s) d'électricité immergé(s) , et/ou o Module(s) hydrolien(s) dessalinisateur(s) immergé(s) ou fonction installée embarquée sur le vaisseau, et/ou o Module(s) hydrolien(s) producteur(s) de dihydrogene immergé(s) ou fonction embarquée sur le vaisseau, et/ou o Module(s) hydrolien(s) de stockage de dihydrogène immergé(s) ou fonction embarquée sur le vaisseau, et/ou o Module(s) hydrolien(s) distributeur(s) de dihydrogène immergé(s) ou fonction installée embarquée sur le vaisseau.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.
Notamment, dans l'ensemble des modes de réalisation précédemment décrits :
- le terme « turbine » peut être remplacé de manière générale par « génératrice 6 », ladite génératrice étant agencée pour transformer une énergie cinétique du liquide circulant dans le chemin 3 en énergie électrique et/ou mécanique. Cette génératrice peut par exemple être une turbine (« hélicoïdale ») exploitant un courant de liquide parallèle à son axe de rotation, une turbine exploitant un courant de liquide perpendicualire à son axe de rotation, ou un système de conversion d'énergie par membrane ondulante, etc., et/ou
- chaque alternateur 7 peut être accompagné ou remplacé par des moyens pour transformer une énergie cinétique du liquide circulant dans le chemin 3 en énergie mécanique. Par exemple, dans un module de type D), sans nécessairement produire de l'énergie électrique, un module 2 peut comprendre des moyens pour transformer une rotation de l'au moins une génératrice ou turbine en une énergie mécanique de pompage (pompe à pistons, péristaltique ou autre type de pompe), par exemple de sorte que les moyens 25 soient agencés pour, à partir de l'énergie mécanique produite par l'au moins une génératrice ou turbine, comprimer de l'air ou du dioxygène provenant de l'atmosphère ou comprimer du dioxygène ou dihydrogène produit par l'hydrolienne 1, et/ou
- le système hydrolien selon l'invention peut comprendre : o des moyens techniques de distribution , et/ou de facturation et/ou de paiement de dihydrogène produit par le système hydrolien, de preference en remplissage de reservoirs de navires ou vaisseaux ou de bouteilles amovibles, et/ou o des moyens techniques de distribution , et/ou de facturation et/ou de paiement de dioxygène produit par le système hydrolien, de préférence en remplissage des réservoirs de navires ou vaisseaux ou de bouteilles amovibles, et/ou o des moyens de désalinisation de l'eau ou liquide dans lequel est immergé l'au moins un module, de préférence aux fins de fourniture d'eau potable ou autres usages, et/ou o des moyens traitement et/ou de filtration de l'eau ou liquide dans lequel est immergé l'au moins un module, de préférence aux fins de fourniture d'eau potable ou autres usages, par exemple par filtrations à charbon actif et/ou ajout de Chlore.
Bien entendu, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux.

Claims

33 -REVENDICATIONS
1. Système hydrolien (1), comprenant :
- au moins un module (2) agencé pour être immergé dans un liquide (9), chaque module comprenant : o un chemin (3) de circulation de liquide dans le module comprenant une entrée (4) agencée pour faire entrer du liquide dans le chemin et au moins une sortie (5) agencée pour faire sortir le liquide du chemin, o Au moins une génératrice (6) dans le chemin de circulation de liquide, ladite génératrice étant agencée pour transformer une énergie cinétique du liquide circulant dans le chemin (3) en énergie électrique et/ou mécanique, o des moyens (8) d'injection de gaz (10) dans le module (2),
- des moyens (11) pour contrôler une quantité de gaz injecté par les moyens d'injection de gaz en fonction : o d'une consigne de niveau d'immersion de l'au moins un module dans le liquide et/ou o d'une consigne d'excédent d'injection de gaz recherché en dissolution dans le liquide, de préférence pour fonction puit de carbone et/ou remédiation.
2. Système hydrolien selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'au moins une génératrice (6) comprend au moins une turbine (6).
3. Système hydrolien selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'injection de gaz sont agencés pour, lorsque le module est entièrement immergé dans le liquide (9), injecter du gaz (10) au niveau de l'au moins une turbine de sorte qu'une partie inférieure (66) de l'au moins une turbine soit immergée dans le liquide parcourant le chemin de circulation de liquide et une partie supérieure (76) de l'au moins une turbine soit dans le gaz injecté.
4. Système hydrolien selon la revendication 3, caractérisé en ce que, pour chaque module : ce module comprend : o un premier jeu (61) de turbines comprenant au moins une turbine, 34 - o un deuxieme jeu (62) de turbines comprenant au moins une turbine,
- Le système hydrolien étant agencé pour que, en fonction d'un sens de courant du liquide (9) l'environnant: o le premier jeu de turbine soit situé au dessus du deuxième jeu de turbine, ou o le deuxième jeu de turbine soit situé au dessus du premier jeu de turbine,
- les moyens d'injection de gaz étant agencés pour, lorsque le module est entièrement immergé dans le liquide : o injecter du gaz au niveau de l'au moins une turbine du jeu de turbine, dit « jeu supérieur », situé au dessus de l'autre jeu de turbine, de sorte qu'une partie inférieure de l'au moins une turbine du jeu supérieur soit immergée dans le liquide parcourant le chemin de circulation de liquide et une partie supérieure de l'au moins une turbine du jeu supérieur soit dans le gaz injecté, et o ne pas injecter de gaz au niveau de l'au moins une turbine du jeu de turbine, dit « jeu inférieur », situé au dessous de l'autre jeu de turbine, de sorte que l'au moins une turbine du jeu inférieur soit totalement immergée dans le liquide parcourant le chemin de circulation de liquide.
5. Système hydrolien selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que l'au moins une turbine est agencée pour tourner autour d'un axe horizontal (15) perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à un sens de circulation (16) du liquide dans le chemin de circulation de liquide.
6. Système hydrolien selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu' elle comprend un système d'ancrage (17) de l'au moins un module et au moins un câble (18) reliant l'au moins un module au système d'ancrage.
7. Système hydrolien selon la revendication 6 caractérisée en ce que le système d'ancrage est équipé d'un treuil (19) agencé pour raccourcir ou allonger l'au moins un câble reliant l'au moins un module au système d'ancrage.
8. Système hydrolien selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un alternateur (7), agencé pour transformer en energie électrique une rotation de l'au moins une generatrice, et des moyens (20) pour conduire, le long de l'au moins un câble reliant l'au moins un module au système d'ancrage, de l'électricité produite par l'au moins un alternateur.
9. Système hydrolien selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que les moyens d'injection de gaz comprennent un compresseur (12) situé :
- dans le système d'ancrage et/ou un module pilote immergé relié(s) à des moyens de prélèvement (13) de gaz en surface du liquide et relié, de préférence le long de l'au moins un câble reliant l'au moins un module au système d'ancrage, à chaque module de manière à distribuer du gaz à chaque module, et/ou
- dans des moyens de prélèvement (13) de gaz en surface du liquide et relié, de préférence le long de l'au moins un câble reliant l'au moins un module au système d'ancrage, à chaque module de manière à distribuer du gaz à chaque module.
10. Système hydrolien selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs modules reliés entre eux et au même système d'ancrage, dont un module dit module pilote (21) comprenant des moyens (22) pour commander les autres modules dits esclaves.
11. Système hydrolien selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un module hydrolien comprend des moyens (23) pour, à partir de l'énergie électrique et/ou mécanique produite par l'au moins une génératrice, produire du dihydrogène à partir d'eau dans lequel cet au moins un module est immergé.
12. Système hydrolien selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins un module de l'hydrolienne comprend des moyens (24) pour, à partir de l'énergie électrique et/ou mécanique produite par l'au moins une génératrice, produire du dioxygène à partir d'eau dans lequel cet au moins un module est immergé.
13. Système hydrolien selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins un module de l'hydrolienne comprend des moyens (25) pour, à partir de l'énergie électrique et/ou mécanique produite par l'au moins une génératrice, comprimer du dioxygène produit par l'hydrolienne et/ou de l'air prélevé en surface par l'hydrolienne, et injecter ce dioxygène ou cet air dans de l'eau dans lequel cet au moins un module est immergé.
14. Système hydrolien selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens d'injection de gaz comprennent :
- un système de compression de gaz (12) dans au moins un module relié à des moyens (13) de prélèvement de gaz en surface du liquide, et/ou situé en surface dans une bouée de prélèvement d'air et/ou sur une plateforme en surface en cas de recyclage de CO2 issu de capture industrielle.
15. Système hydrolien selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'injection de gaz comprennent :
- des moyens de stockage (14) du gaz, de préférence statiques ou amovibles.
16. Système hydrolien selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend :
- des moyens de stockage de dihydrogène produit par le système hydrolien, lesdits moyens de stockage étant de préférence statiques ou amovibles, et/ou
- des moyens de stockage de dioxygène produit par le système hydrolien, lesdits moyens de stockage étant de préférence statiques ou amovibles.
17. Système hydrolien selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend :
- des moyens techniques de distribution , et/ou de facturation et/ou de paiement de dihydrogène produit par le système hydrolien, de préférence en remplissage de réservoirs de navires ou vaisseaux ou de bouteilles amovibles, et/ou
- des moyens techniques de distribution , et/ou de facturation et/ou de paiement de dioxygène produit par le système hydrolien, de préférence en remplissage des réservoirs de navires ou ou vaisseaux ou de bouteilles amovibles.
18. Système hydrolien selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend :
- des moyens de désalinisation de l'eau ou liquide dans lequel est immergé l'au moins un module, de préférence aux fins de fourniture d'eau potable ou autres usages.
19. Système hydrolien selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend :
- des moyens traitement et/ou de filtration de l'eau ou liquide dans lequel est immergé l'au moins un module, et/ou provenant d'une source externe par canalisations raccordées, de préférence aux fins de fourniture d'eau potable ou autres usages.
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