Brevet FR2268153A1 — publié le 19751114

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux installations mixtes de production d'énergie produisant simultanément de l'énergie sous la forme électrique et sous la forme thermique. Elle concerne plus particulièrement les installations comportant un générateur de vapeur d'eau, du type à chaudière nucléaire par exemple, qui alimente à la fois un turboalternateur et une usine utilisatrice de chaleur telle qutune usine de dessalement d'eau de mer. L'exploitation de telles installations présente quelques difficultés, en raison de la diminutiqn importante de la demande d'énergie électrique au cours des heures creuses de nuit. On est amené, soit à utiliser -la chaudière nucléaire en permanence à sa charge maximale, mais 11 usine de dessalement d'eau de mer doit alors être dimensionnée en fonction de la puissance disponible de nuit, et elle est utilisée de jour dans de mauvaises conditions, soit à réduire, pendant les heures de nuit, la puissance produite par la chaudière nucléaire, mais celle-ci est alors utilisée dans de mauvaises conditions. L'invention a pour but d'éviter les inconvénients susmentionnés Elle part du fait que, dans les centrales thermiques génératrices d'énergie électrique, on sait régulariser la charge du générateur de vapeur d'eau en stockant tout ou partie de la chaleur qu'il produit pendant les heures creuses, et en restituant cette chaleur au cycle vapeur pendant les heures de forte demande d'énergie électrique. Dans ces conditions, le générateur de vapeur d'èau peut être dimensionné pour la puissance moyenne correspondant a' 24 heures d'utilisation journalière, et non pour la puissance maximale demandée par le réseau. Ceci est particulièrement intéressant dans le cas des centrales nucléaires ou le générateur de vapeur est coûteux. De telles dispositions ont notamment été décrites dans la demande de brevet français nO 73 02789 déposée k 26 janvier 1973, ainsi que dans la demande-de premier certificat d'addition à la demande précédente, déposée le 5 décembre 1973 sous le nO PV 73 43 334. L'invention consiste essentiellement à appliquer à une installation mixte de production d'électricité et de chaleur, une disposition analogue. De telles installations ont alors un rendement thermodynamique élevé, les pertes au condenseur étant réduites, voire supprimées. -L'adjonction à ces installations d'un accumulateur de chaleur permet de supprimer, ou tout au moins de réduire, la dépendance des énergies électrique et thermique qui sont produites à un instant donné, et d'adapter aux besoins tant la fourniture d'Électricité que la fourniture de chaleur, tout en maintenant constante la puissance du générateur de vapeur.Le circuit de restitution de la chaleur stockée par l'accumulateur peut être agencé pour déverser ladite chaleur soit sur le réseau de distribution de chaleur, soit à la fois sur le réseau de distribution de chaleur et sur celui de distribution d'électricité, alors que jusqu'ici les dispositions connues ne permettaient le déversement de la chaleur stockée que sur ce seul dernier réseau. L'invention a plus précisément pour objet une installation mixte de production d'énergie électrique et d'énergie thermique comprenant un générateur de vapeur qui alimente simultanément un turboalternateur et une usine utilisatrice de chaleur, caractérisée en ce qu'elle comporte un accumulateur de chaleur capable de stocker, a la demande, de la chaleur en provenance de la source thermique de base de l'installation, et de restituer à la demande, la chaleur stockée, le circuit de restitution de la chaleur stockée étant agencé de telle sorte que ladite chaleur soit déversée, au moins en partie, sur le réseau de distribution de chaleur de l'usine. Suivant une autre disposition caractéristique de l'invention, le circuit de restitution de la chaleur stockée comporte deux sections, disposées en parallèle, entre lesquelles la chaleur peut être répartie, à la demande, de façon à être déversée, au moins en partie sur le réseau de distribution de chaleur de l'usine et, éventuellement, de façon connue en soi, sur le réseau de distribution d'électricité par l'intermédiaire du cycle thermodynamique de la turbine. L'ivention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit, faite en regard du dessin annexé, concernant une forme particulière de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif. La figure unique est le schéma d'une installation selon l'invention. Sur la figure, on a représenté un générateur de vapeur G du type à chaudière nucléaire par exemple, qui alimente simultanément en vapeur vive la turbine d'un turboalternateur T et une usine utilisatrice de chaleur U, telle qu'une usine de dessalement d'eau de mer. Le repère A désigne un accumulateur de chaleur d'un type connu, constitué, par exemple, par un réservoir rempli dtun thermofluide adapté aux températures relativement basses, ou d'eau sous pression. On poursuivra la description de l'installation dans son mode de fonctionnement, d'abord en régime de charge de ll-accumula- teur A (flèches en traits pleins) ensuite en régime de restitution de la chaleur stockée (flèches en traits interrompus). Pendant la période de charge, les vannes Vl, V2, V et 3 V4 sont ouvertes, et les pompes P1 et P2 sont en service. Toutes les autres vannes représentées sont fermées à l'exception des vannes V10 et Vll, et la pompe P3 est à l'arrêt. Le fluide froid situé à la base de l'accumulateur A est aspiré par la pompe P2. Il se réchauffe dans l'échangeur de chaleur E1 en absorbant la chaleur cédée par la vapeur vive, puis il est réintroduit à la partie supérieure de l'accumulateur A. La pompe P1 assure la circulation de la vapeur vive dans ltéchangeur de chaleur E1. A l'intérieur de l'accumulateur A, le niveau de séparation entre fluide froid et fluide chaud s'abaisse progressivement. La capacité de l'accumulateur A A est choisie de telle sorte, qu'en fin de charge, il soit presque entièrement rempli par le fluide chaud. Pendant la période de restitution de la chaleur stockée (décharge de l'accumulateur A) les vannes Vl, V2, V3, V4 sont fermées. Les pompes P1 et P2 sont arrêtées. On rappellera tout d'abord le cas usuel, où le réseau électrique seul demande un appoint de puissance. Les soutirages à la turbine sont supprimés pour produire l'appoint désiré. Les vannes V10 et Vll sont alors fermées, et le réchauffage de l'eau d'alimentation du générateur de vapeur G est assuré par l'échangeur de chaleur E2. A cet effet, on ouvre les vannes V5 , v8 , V9 Vl9 et V13 et on met en route la pompe P . Bien qu'un tel cas 3 d'utilisation soit conservé par la disposition selon l'invention, cette dernière correspond essentiellement aux deux cas d'utilisation ci-après. 10) L'usine U demande seule un appoint de puissance. On ouvre alors uniquement les vannes V5 2 V6 et V7 et on met en route la pompe P3. La chaleur stockée par l'accumulateur A est alors déversée sur la section 1 du circuit de restitution,section suivant laquelle elle fournit au réseau de distribution de chaleur de l'usine U l'appoint désiré. 2 ) L'usine U et le réseau de distribution électrique demandent simultanément un appoint de puissance. Ce dernier est obtenu en combinant les manoeuvres du cas précédent et celles du cas usuel antérieurement exposées. La répartition de l'énergie d'appoint entre le réseau de distribution de chaleur de l'usine U et le réseau de distribution d'électricité est assurée au moyen des vannes de réglage V6 et:V8. La chaleur est alors déversée à la fois sur la section 1 susmentionnée et sur la section 2 du circuit de restitution, disposée en parallèle avec la précédente. Dans l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, on charge l'accumulateur A en utilisant la vapeur vive comme source de chaleur. Il -est également possible de réchauffer le fluide contenu dans l'accumulateur A à partir de vapeur partie lement détendue. On augmente alors le débit des soutirages dans la turbine pour extraire le supplément de chaleur nécessaire. Cette chaleur supplémentaire est transmise au fluide dans l'échan- geur de chaleur E2. Le sens de circulation dans l'échangeur de chaleur E2 des fluides chauffant et chauffé, est, pendant la période de charge de l'accumulateur A, inverse de celui représenté. Un complément de réchauffage peut éventuellement être fourni par la vapeur vive. On peut aussi charger l'accumulateur A par l'échappement de la turbine-fonctionnant à contre-pression. L'accumulateur A peut être d'un type usuel quelconque, éventuellement constitué par une série de réservoirs de stockage soit spécialisés (batterie de réservoirs chauds et batterie de réservoirs froids); soit banalisés (type chauffe-eau contenant à la fois du fluide chaud à sa partie supérieure et du fluide froid à sa partie inférieure). REVENDICATIONS 1. Installation mixte de production d'énergie électrique et d'énergie thermique comprenant un générateur de vapeur qui alimente simultanément un turboalternateur et une usine utili satrice de chaleur, caractérisée en ce quelle comporte un accumulateur de chaleur capable de stocker, à la demande, de la chaleur en provenance de la source thermique de base de l'installation, et de restituer, à la demande, la chaleur stockée, le circuit de restitution de la chaleur stockée étant agencé de telle sorte que ladite chaleur soit déversée, au moins en partie, sur le réseau de distribution de chaleur de 1 ' usine. 2. Installation suivant la revendication l, caractérisée en ce que le circuit de restitution de la chaleur stockée comporte deux sections disposées en parallèle entre lesquelles la chaleur peut etre répartie, à la demande, de façon à être dé versée, au moins en partie sur le réseau de distribution de chaleur de l'usine et éventuellement, de façon connue en soi, sur le réseau de distribution d'électricité par l'intermédiai re du cycle thermodynamique de la turbine.