Brevet FR2034091A1 — publié le 19701211

La présente invention a pour objet un procédé pour l'accumulation et la restitution d'énergie caractérisé par 11 emploi en combinaison d'une turbine à gaz et dtun réservoir d'air comprimé naturel ou artificiel. L'énergie est accumulée sous forme d'air comprimé dans le réservoir, elle est restituée sous forme d'énergie mécanique ou électrique; le procédé peut ainsi être utilisé dans tous les ensembles énergétiques où il existe des variations horaires, journalières, saisonnières, instantanées, des besoins de lténer- gie et du prix de cetteeergie.- Dans un mode de réalisation choisi à titre d'exemple, le procédé est appliqué dans une installation représentée schématiquement sur la Planche unique, et qui comporte essentiellement une turbo-machine I associée à un réservoir d'air sous pression 2. La turbo-machine I, dans 11 exemple représenté, se compose d'un compresseur d'air 3, qui aspire l'air atmosphérique, et le refoule dans le réservoir 2, ou vers d'autres appareils de l'installation, par une conduite 4. Le compresseur 3 est actionné par un moteur 5, électrique ou hydraulique, ou thermique; dans l'exemple représenté, le moteur est électrique. Un embrayage 6 permet de coupler ou de découpler le moteur~5 et le compresseur 3. S'il en est besoin, on interpose entre le moteur et le compresseur un boitier d'engrenage. Sur la conduite 4 est branchée une conduite 7 alimentant la chambre de combustion simple ou multiple 8 de la turbine de détente de gaz 9. La turbine échappe à l'atmosphère par une conduite IO, directement ou après passage des gaz dans un récupérateur de chaleur. Le compresseur 3 et la turbine 9 sont reliés par un embraage II, avec ou sans interposition d'un boitier d'engrenage. La turbine actionne une machine réceptrice d'un type quelconque, on a représenté dans l'exemple choisi un générateur d'électricité 12. La turbine 9 et le générateur I2 sont reliés par le manchon d'accouplement I3. La conduite I4 permet d'alimenter directement la turbine 9 en air comprimé sans passer par la chambre de combustion. La vanne I5 est placée sur le refoulement du compresseur 3. La vanne I6 est placée entre le point de branchement de la conduite 7,et celui de la conduite 14,sur la conduite 4. La vanne I7 est placée sur la conduite I4. La vanne I8 est placée à l'entrée de ltair à la chambre de combustion. La vanne I9 est placée à la sortie des gaz de la chambre de combustion. L'installation réalisée suivant l'invention, à titre d'exemple, et représentée Fig.I de la planche unique,peut être exploitée,pour l'accumulation et la restitution d'énergie, en tenant compte des variations des besoins d'énergie, par le choix que l1on peut faire-entre plusieurs types d'opérations. La première opération est l'accumulation d'énergie Dans ce-cas, le moteur 5 et le compresseur 3 sont en service, 11 embrayage 6 est embrayé, les vannes I5 et I6 sont ouvertes, les vannes 17 et I8 sont ferméesOL'embrayage II est débrayé. Le turbo-générateur n'est pas en service. Le groupe moto-compresseur 3-5, seul en action, rempli d'air à pression constante lè réservoir souterrain 2. On constitue ainsi une réserve d'énergie sous forme pneumatique. La seconde opération est une- forme de restitution d'énergie. Le moto-compresseur 3-5 n'est pas en service, l'embraya- ge II est dérayé. Les vannes I5 et I7 sont fermées, les vannes 16,18 et I9 sont ouvertes. Le réservoir 2 débite de l'air sur la chambre de combustion 8, qui reçoit du combustible par la cana lisat 20, elle est mise en fonctionnement et fournit des gaz chauds sous pression à la turbine 9.Celle-ci tourne et entraine le générateur d'électricité qui fournit du courant au réseau. La troisième opération est une forme différente de restitution d'énergie.Le moto-compresseur 3-5 n'est pas en service, L'embrayage II est débrayé. Les vannes I6 et I7 sont ouvertes, les vannes I5, 18 et I9 sont fermées.la turbine 9 est alimentée par de l'air comprimé provenant du réservoir 2, elle tourne et entraine le générateur d'électricité qui fournit du courant au réseau. La quatrième opération consiste dans la marche autonome de la machine en turbine à gaz à circuit ouvert actionnant un générateur d'électricité. La turbine 9 est couplée au compresseur 3 par 11 embrayage II qui est embrayé; l'embrayage 6 est débrayé et le moteur 5 ne fonctionne pas. Les vannes I5, I8 et 19 sont ouvertes, les vannes I6 et I7 sont fermées. L'ensemble compresseur 3, chambre de combustion 8, turbine IO et générateur I2 fonctionne comme un groupe générateur d'électricite à turbine à,gaz. Par des-combinaisons entre ces divers types dtopé- rations, l'on pourra obtenir des résultats conférant à l'exploi- tation de la souplesse-au démarrage, aux charges variables,etc. On peut ainsi démarrer le groupe turbo-générateur suivant la deuxième opération, et on passe:ensuite en quatrième opération. On évite ainsi l'emploi d'un moteur de lancement. Une autre combinaison consiste à alimenter la chambre de combustion en partie par de l'air provenant du compresseur 3, en partie par de l'air provenant- du réservoir 2, en règlant l'ouverture des vannes I5 et 16. On combine ainsi la secoue et la quatrième opération. Dans une autre combinaison, l'on prevoit de fonctionner suivant la troisième opération, mais l'on envoie une partie de l'air comprimé vers la chambre de combustion, qui est mise en service, le débit dérivé étant réglé par l'ouverture convenable des vannes 16, 17, I8 et I9. Par-ce moyen, l'on réchauffe la température des gaz et l'on évite le givrage de la turbine. L'on augmente également la puissanee de la turbine. es variantes de l'installation décrite ci-dessus à titre d'exemple sont prévues : on utilisera dans des installations conformes à l'invention la turbine à gaz à cycle vapeur incorporé, objet du Brevet Français, N2 de dépot I25 676. Les machines pourront être du type turbo-machines centrifuges, hélico-centrifuges, axiales, centripètes, etc. ou du type volumêtrique ou alternatif. L'on pourra également faire la compression et/ou la détente dans des machines en séries et/ou en paral lèle. L'on pourra aussi, en place d'un générateur d'électricité, ou en combinaison avec lui, utiliser l'énergie motrice délivrée par la turbine dans une ou plusieurs machines réceptrices dténergie mécani-que, pompes, compresseurs, etc I1 est prévu de combiner les installations conformes au procédé avec des appareils complémentaires en constituant ainsi des ensembles dits ll énerdie-totale " pour la production combinée d'énergie électrique, de chaleur et/ou de froid. Dans ce cas, on utilisera de préférence une turbine à gaz à cycle vapeur incorporé, objet de la demande de Brevet Français, No de dépot I25 676. Les modes de réalisation décrits ci-dessus constituent des exemples non limitatifs, et l'on pourra apporter à ces modes de réalisation des changements , additions et perfectionnements, dans les appareils et circuits de fluides sans qu'il en résulte une atteinte ou une nouveauté au principe de l'invention. Revendications I. L'invention a pour objet un procédé pour l'accumu- lation et la restitution d'énergie caractérisé par l'emploi en combinaison d'une machine motrice thermique et d'un réservoir d'air comprimé. 2. La machine motrice est une turbine à gaz à cycle ouvert. 3. La machine motrice est une turbine à gaz à cycle vapeur incorporé, Brevet- Français Nu de dépot I25 676. 4. La machine motrice est un moteur alternatif. 5. Le réservoir d'air comprimé est -une -cavité naturelle. 6. Le réservoir d'air comprimé est une cavité creusée dans la terre, ou une enveloppe fabriquée. 7. On accumule l'énergie en envoyant dans le réservoir de l'air comprimé par le compresseur mu par un moteur. 8. On restitue l'énergie en envoyant l'air comprimé dans la turbine qui tourne en entrainant le générateur d'électricitéw 9. On restitue énergie en envoyant l'air comprimé dans la chambre de combustion qui alimente la turbine en gaz chauds sous pression. IO. La -turbine à gaz peut fonctionner en marche autonome. II. L'air comprimé est envoyé en partie directement dans la turbine, en partie dans la chambre de combustion I2. L'installation est complétée par des échangeurs et des machines frigorifiques pour constituer une centrale de productions combinées d'énergies, dite "énergie totales