Turbine Banki-Michell PRS pour la récupération d’énergie et la réduction de pertes d’eau

Au fil des années, la plupart des réseaux de distribution d’eau ont été conçus et dimensionnés selon le critère du coût minimal de construction en supposant des augmentations des valeurs de la demande en eau qui ne se sont pas concrétisées. Cette hypothèse a conduit à l’utilisation de diamètres supérieurs à ceux nécessaires, c’est-à-dire à un surdimensionnement des réseaux, menant à des pressions et des niveaux de pertes d’eau de plus en plus élevées. La surpression a entraîné une détérioration rapide des canalisations et des coûts d’exploitation pour le traitement, le transport et le pompage des volumes d’eau non utilisés. En outre, le volume considérable des pertes d’eau a eu des répercussions d’un point de vue économique, social et environnemental.

Face à cette situation, il est clair que les stratégies de gestion des réseaux de distribution d’eau, surtout pour le contrôle des pressions, représentent aujourd’hui un élément clé et indispensable pour limiter la détérioration des canalisations et le volume total des pertes dans ces systèmes.

Parmi les nombreuses pratiques techniques visant à contrôler les pressions et à réduire les pertes d’eau, on trouve la mise en place de vannes de contrôle de la pression (PCV), visant à maintenir une certaine pression cible immédiatement en aval ou en amont de la conduite sur laquelle elles sont installées, afin de réduire sa pression. Ces dispositifs permettent un contrôle en temps réel à la fois localement et à distance. Dans un premier cas, la valeur de pression fixée ne varie pas dans le temps en fonction du débit d’eau fourni, car le nœud contrôlé n’est pas stratégique pour un contrôle optimal de la pression dans le réseau. En effet, afin de maintenir la valeur de pression fixe, la régulation électrique doit contrôler le degré d’ouverture de la vanne de régulation. Dans un second cas le dispositif régule la pression, augmentant ou réduisant les fuites internes de manière à réduire ou augmenter la pression au nœud critique, afin d’atteindre la valeur de pression fixée. L’inconvénient dans l’utilisation de ces dispositifs réside dans l’excessive dissipation d’énergie, sans récupération, qui se produit dans la phase de réduction des pressions.

Pour remédier à ce problème, plusieurs études au cours des dernières années se sont prononcées sur la possibilité d’utiliser des dispositifs de récupération d’énergie (pompes comme turbines (PAT), microturbines…) dans les réseaux de distribution d’eau. Un nouveau dispositif, appelé Power Recovery System (PRS) inspiré des turbines Banki-Michell, a été proposé.

Le PRS combine des performances optimales dans la production d’énergie et dans la régulation des pressions. Il est particulièrement indiqué pour l’installation en ligne dans les réseaux existants car :

• la direction du flux de sortie se trouve sur le plan de la roue tournante, simplifiant ainsi le retour du flux dans la direction d’origine de la conduite ;

• il ne nécessite pas de systèmes de contrôle supplémentaires, typiques d’autres dispositifs similaires ;

• il a des avantages effectifs en termes d’installation et de fonctionnement et peut se combiner à d’autres dispositifs de régulation de la pression existants.

Cet article décrit les caractéristiques des PRS, leur fonctionnement et sa combinaison avec des PCV existants basée sur la modélisation hydraulique.

Un exemple de réseau réel du sud de l’Italie, avec récupération d’énergie et contrôle hydraulique combinant PRS et PCV en série, est étudié. Les résultats numériques et les avantages opérationnels sont discutés d’un point de vue énergétique.