Brevet FR2294580A1 — publié le 19760709

On cherche partout dans le sonde,pour diverses raisons,à réduire la conson ation de combustible,particulièrement du pétrole,et on souhaiterait arriver à ce résultat sans restrictions 0n pense,logiquement,à atiliser pour le chauffage les calories perdues dans la transfor-ation du combusti- ble en énergie,comme oclà se fait couramment lorsque l'usine productrice est preche des lieux d'utilisation.Les centrales électriques actuelles qui perdent une quantité importantes de ces calories,salgré leur puissance et leur rendement élevés,sont malheureusement assez distantes des lieux d'u- tilisation et perdent déjà,àcause de cet éloignement,une part non négligeable de l'énergie électrique produite pour en assurer le transport et la dis- tribution.8i les calories perdues étaient récupérées pour le chauffage il faudrait les transporter et les distribuer par l'internédiaire d'un fluide, en principe l'eau,au moyen d'un réseau étendu de canalisatious doubles de forte section,bien calorifugées,coûteuses,et comportant de nombreuses stations de pompage.Les pertes seraient ilportantes et,pratiquerent par suite des dépenses à engager,il serait impossible de desservir les zones isolées ou à faible densité de population. La présente invention a pour objet d'obtenir,sans restriction@,cette réduction de consosiation de combustible,par l'interiédiaire des centrales et de leur réseaubde distributien,au moyen de groupes thermiques producteurs à la foie d'énergie électrique et d'énergie calorifique,d'une puissance ai- lant de quelques CV & plusieurs lilliers,iiplaatés sur toute l'étendue du réseau en des points judicieusement choisie pour y distribuer dans les meil- leares couditions,directement et a courte distance avec le minimum de pertes, d'ne part leur énergie calorifique,d'autre part leur énergie électrique en basse ou doyenne tension par l'intermédiaire du réseau; énergie caloriti- que étant destinée à renplacer celle fournie ordinairement par des chaudiè- res ou autres appareils de chauffage,l'énergie électrique apportée au r6- seau,à diminuer la quantité de combustible consommé par les centrales. L'économie de combustible résulte de la différence des rendements réels, effectifs et globaux des deux systèmes.Pour déterminer,plus si pleaent que par le calcul des rendements,la grandeur des éconcmie réalisables,on trou- vera ci-après,trois exemples chiffrés en calories,dans lesquels l'économie globale a été considérée ceaie se rapportant exclusiveient au chauffage. Elle est de 50,7% pour un chauffage utilisant annuellement 6.ooo L de gasoil, 61,7 % pour un de 12.000 L et 100 % pour un îlot urbain utilisant le une combustible que la centrale. Par ailleurs l'invention a l'avantage de pouvoir être appliquée de facon progressive avec te iiniini de perturbation. Les groupes à double production comportent un moteur thermique accouplé à un générateur électrique et des agencements pour la récupération des pertes,y compris celles du générateur électrique,afin de pouvoir les utiliser pour le chauffage suivant les procédés traditionnels. L'invention prévoit l'emploi de génératrices asynchrones utilisables comme démarreurs,pour obtenir avec un appareillage peu coûteux,un fonctionnement entièrement automatique et un couplage facile sur le réseau. Elle prévoit également de disposer les groupes à l'intérieur d'en ceintes calorifugées et inson#orisées,convanablement établies pour une récupération plus complète des pertes,particuliêrement pour les groupes refroidis à l'air lorsque cet air est utilisé comme fluide de chauffage. Le groupe peut utiliser tous genres de combustibles et comporter des générateurs de tous types,notamment un générateur asynchrone et un alternateur travaillant ensemble ou séparément,soit normalement,soit en secours on pour pallier les déficiences du réseau. De plus,d'une part pour éviter la iultiplicité des arrêts et des dénarrages résultant du déséquilibre entre la production du groupe travaillant à son régtme optima ett la demande très variable du chauffage;d'autre part pour permettre de faire fonctionner le groupe à des heures et pendant des durées déterminées en vue d'améliorer le rendement ou de faciliter l'exploitation du réseau,l'invention prévoit la mise en place en des en- placements convenables,d1un seul ou de plusieurs accumulateurs d'énergie, par exemple des réserroirs d'eau chaude,dont la capacité dépend du programme de fonctionnement. L'invention s'applique dans tous les cas où existe un besoin de chauffage,qu'il s'agisse d'installations existantes ou d'installations nouvelles,habitations,usines,bureaux,magains,locaux divers,agriculture, serres,chimie,etc.... et lorsque le groupe à double production dispose, pour apporter son énergie électrique,d'un réseau de distribution existant ou à créer. Les exemples qui suivent,chiffrés approximativement,donnent un ordre de grandeur des économies réalisables en fonction des caractéristiques des groupes et du chauffage Le 10 ex. concerne une ou plusieurs maisons consommant ensemble annuellement 6.000 L de gasoil à 9.000 caloriesfL, soit 54.000.000 de cal. dans des chaudières classiques à 0,8 de rendement fournissant les 43.200.000 cal. de chauffage. Le groupe,de fabrication courante,est un diesel de 11 CV refroidi à l'air, 3.000 t/m, consommant 2,6 L de gasoil à 9.000 cal/L. Il est accouplé à une génératrice asynchrone.Le moteur consomme 23.400 cal. par heure et n'en rend que 6.985, le CV/heure d'énergie mécanique équivalant à 635 cal. Les 16.415 cal perdues,récupérées dans des échangeurs à o,a8 te rendement fournissent 14.4000 cal de chauffage.Pour en produire 43.200.000 le moteur devra tourner 3.000 heures en consommant 7.800 L = 70.200.000 cal. Pendant ce tempe la génératrica asynchrone,avec un rendement de 0,88,, fournira au réseau 6.985 x 0,88 x 3.000 = 18.440.400 calories-électricité. Si la centrale a un rendement aux bornes des alternateurs de 0,45 elle ne donne en basse tension que 94 % de son énergie par suite des pertes en ligne et aux transformateurs,estimées à 6 %.Le rendement réel est de 0,423 et la fourniture des 18.440.400 sal-élec correspendra à une économic à la centrale @e 43.394.400 cal ( 18.440.400 s 0,423 ) La consommation effective dunoteur sera de 26.605.600 cal ( 70.200.000.) 43.594.400 ). Le chauffage des lecaux aura douc été réalisé avec une économie de 27,394.400 calories ( 54.000.000 - 26.605.600 ) soit 50,7 % ( 27.394.400 t 54.000.000 ). Dans le 2 ex. une consommation annue@le 12.000 L représente I08.000.000 cal et, avec des chaudières à B = o,8 86.400.000 de chauffage. Le moteur, 29 CV à 1.500 t/m, refroidi à l'eau, concomme à l'heure 170 gr. de gasoil à 10.700 cal/kg par CV. seit 52.75I cal. Il n'en rend que 18.415 et en perd 34.336 qui,récupérées å 84% donnent 28.842 de chauf- fage,soit en 3.000 heures 86.400.000 ,en comsommant 158.253.000 cal. La génératrice asynchrone,avec B = 0,895 apporte as réseau pendant des 3.000 h. 49.444.000 cal-é@ec. représentant 116.889.000 cal. de combustible écenemisé à la centrale.La consommation effective du moeaur est de 41.364.000 cal. et le chauffage se trouve ainsi réalisé avec 66.636.000 caloriessdsésone@i@,@e@t 6.7.%. Le 3 ex. comporte un groupe important, de plusieurs milliers de CV ( chauffage d'îlots ) utilisant le même combustible que la centrale, du fuel lourd à à 6.600 cal/Kg. Le rendement du moteur est de 0,45 et celui de la génératrice 0,9W . Pour un exposé plis court la puissance a été rane- née à 30 CV.Ce moteur ( diesel ou turbine ) donne par heure en énergie 19.050 cal ,en consomme 42.333 et en perd 23.283 qui,réoupérées à 90 % pendant 3.000 h. fournissent 62.864.000 cal de chauffage & un ensemble consommant annuellement 7.275 Kgs de fuel,soit 69.840.000 cal dans des chaudières à R = 0X9 donnant 62.856.000 cal-chauffage. En 3.000 h le ma- teur foumait 57.150.000 cal-énergie et absorbe 127.000.000 de cal. Le générateur électrique produit 53.721.000 cal-élec. représentant 127.000.000 de cal. économisées & la centrale. L'économie réalisée pour le chauffage est de 100 % et la compensation de l'énergie apportée à la centrale peut se faire simplement par une fourniture correspondante de fuel.Les Kw apportés n. cé@tent au réseau que le prix du combustible, tandis que les propriétaires du groupe,qui se chauffent sans achat de combustible,ne payent que des dépenses d'exploitation et d'amortissement. Les chiffres précédents montrent qu'il est possible de réduire de plus de 50 % l'importation de produits pétroliers pour le chauffage, & condition de pouvoir équiper les installations de faible puissance,très nombreuses et disséminées sur de vastes étendues,avec des groupes dont les plus petits seraient de 5 à 6 CV,pour des chauffages de 2.000 à 3.000 L par an.Ces groupes travaillant à régîme constant et agencés pour donner de l'air conditionné pourraient être d'un prix relativement peu élevé,avoir des rendements in téressants et un fonctionnement automatique sûr,comparable à celui des groupes frigorifiques ménagers. Estimés en valeur les pourcentages sont bien différents et font apparattre l'insuffisance des économies pour obtenir des amortissements intéres- sants,lorsque les prix des combustibles du groupe et de la centrale sont très différents.Il suffit d'un réajustement de ces prix sois forme d'une aide minime, comme on le verre ci-aprés,pour pall@@r cette insuffisance. Avec du gasoil, dD== 0,841 I0.700 cal/K ou 9.000/L & 0,58 le L et du fuel D m 0,937 9.600 cal/K ou 9.000/L & 0,28 le L ou 0,30/kg ,on a Ex. 1 - chauffage 6.000x0,58= 3.480 - moteur 7.800x0,58= 4.524 - apport à la centrale 4.844x0,28= 1,356 - dépense nette du me@eur 4.524-1.356=3.168. Econonie s 312. Soit 8,90 %. Ex. 2 - chauffage 6.960 - moteur 10.198 - apport 3.636 - net moteur 6.562 Economie s 398. Soit 5,70 %. Une prime de 0,20 par L de fuel économisé à la centrale donne t Ex. 1 - prime 4.844xo,20= 968.80 - économie 312+968,80= 1.280,80 . Elle permet en 10 annuités ( sans intérêts ) l'achat d'un groupe de 12.800 Frs. Ex. 2 - prime 22.988x0,20= 2.597,60 - économie 3@8+2.597,60= 2.995,60 .On peut en 6 annuités amortir 18.100 Frs. Cette prime,logique et facile à décempter,peut paraître élevée comparée au prix du fuel.Elle doit en fait être considérée comme une réduction du prix du gasoil-moteur et équivaut à une détaxe de 17,6 % plus un boni de 0,03 à 0,07/L qui en abaisse le prix à 0,45 Dans l'ex.3 le pourcentage de 100% est le même on valeur et en calo- ries.L'économie, 7.275x0,30= 2.182,50 ,permet en 8 anntités d'amortir 17.460 Frs.Proportionnellement,pour une puissance moyenne de 3.000 CV des groupes de cet exempleson disposerait de 1.746.000 Frs, somme nettement supérieure au prix d'un tel groupe. Pour compléter ces exemples on peut noter qu'un accumulateur d'énergie calorifique de 3.000 L d'eau,utilisée entre 750 et 30 ,permet,dans le cas de l'ex. 1 ,un arrêt continu de 8 heures. Ces accumulateurs permettent par exemple,dans les zones à faible densité de population,de faire marcher les groupes de cette zone pendant les heures de forte consommation,aux endroits et au moment où les pertes de transport et les chutes de tension sont les plus élevées. L'invention comporte des accumulateurs à eau chaude constitués par des réservoirs calorifugés en forme de parallèlépipèdes droits,depréférence des culindres,à axe vertical,dans lesquels un écran mobile,comparable à un piston,de forme,de volume et de densité appropriés,se maintient automatiquemant entre l'eau chaude et l'eau de retour par suite des différences de densité de l'eau.Pour un réservoir cylindrique,l'écran pourra avoir la forme d'un segment sphérique dont le plan médian sera un grand cercle de la sphère,le diamètre ce cette sphère étant,au jeu près,égal & celui du cylindre.Ce se6- mentpourra également être réalisé par deux cuvettes à ilancs sphériques et fonde plans ou hombée,assemblées suivant leur ouverture,et dont le volune intérieur sera,totalement ou pertiellement,rempli de matériaux mauvais conducteurs. Un tel piston, dont le poids et le volume devront être aussi censtants que possible,la poussée hydrostatique étant très faible ( 350 gr.env. pour un velume e immergé de 100 L et un écart d'une dizaine de degrés ) ,est pratiquement incoïmçable et se maintient autematiquement en position horientale.Cette stabilité pourra encora être accrue par uu abaissement du contre de gravité,obtenu au moyen d'un lest ou par construction. Cette partiedde l'invention est applicable aux chauffe-eau et à tous les appareils dans leaquels on constitue une réserve d'eau ou de fluide chaud susceptible de se mélanger au laie fluide froid de remplissage. - Leslestimations approximatives de la valeur des groupes ont été faites par comparaisen avec du matériel de fabrication courante.Ontrouve actuellement : des groupes électrogènes complets avec alternateurs de 7,5 CV essence à 4.200 Frs et de 11 CV diesel, 2,6 L do gasoil à l'heure à pleine charge,pour 9.150 Frs ( ex. 1 ) : des diesels 29 CV 1500 t/m, 170 gr. de gasoil par CV/h à 4.167 Frs et des moteurs asynchrones de 25 CV, fermés, rendement 0t895 pour 3.465 Frs, soit pour les deux éléments du groupe de l'ex; 2 , 8.232 Yis. On peut donc concevoir des groupes à double production réalisables à moins de 13.000 Frs pour le 11 Cv et de 18.000 Frs pour le 29 / 30 CV . REVENDICATIONS 1. Invention ayant pour objet d'économiser le combustible dans la production et la distribution d'énergie calorifique et d'énergie électrique,caractérisée par l'utilisation,pour le chauffage,des calories perdues dans cette production et cette distribution,au moyen de groupes thermiques produisant à la fois ces deux énergies,d'une puissance de quelques CV à plusieurs milliers,implantés sur toute 11 étendue d' un réseau de distribution dtélectricité,en des points judicieusement choisis pour y distribuer dans les meilleures conditionL,directement ou à courte distance avec un minimum de pertes; d'une part leur énergie calorifique, d'autre part leur énergie électrique par l'intermédiaire du réseau; 11 énergie électrique produite apportée au réseau étant destinée à diminuer la quantité de combustible consommé par les centrales, l'énergie calorifique à remplacer une quantité équivalente de calories fournies ordinairement par des chaudières ou d'autres appareils de chauffage. 2. Groupe selon la revendication 1 ,dans lequel la production d'électricité est faite par une génératrice asynchrone servant éventuellement au démarrage du moteur thermique. 3. Groupe selon la revendication 1,comportant une génératrice asy- chrone et un alternateur travaillant ensemble ou séparement. 4. Groupe selon la revendication1, caractérisé par l'emploi d'un fluide,eau ou air par exemple,pour véhiculer l'énergie calorifique provenant de la récupération des pertes. 5. Groupe selon la revendiuation 1,caractérisé par une enceinte calorifugée et inRoniorisée dans laquelle le groupe est disposé,pour une plus complète récupération des pertes et la protection de l'environnement. 6. Groupe selon la revendication 1,caractérisé par un ou plusieurs accumulateurs d'énergie calorifique, comme par exemple un ou plusieurs réservoirs d'eau chaude,pour la régulation des moments et des temps de marche du groupe. 7. Groupe selon la revendication 1, caractérisé, lorsque le groupe est refroidi à l'air,par l'utilisation directe de cet air pour le chauffage. 8. Groupe selon les revendications 1 et 6,caractérisé par des accumulateurs en forme de parallèlèpipéde droit dans lequel les fluides chaud et froid sont séparés automatiquement par un écran flottant dont la densité est plus faible que celle du fluide froid,cet écran étant constitué,dans un réservoir cylindrique,par un segment sphérique à faces planes ou bombées et dont le plan médian est un grand cercle de la sphère,d'un diamètre égal,au jeu près,à celui du cylindre; le centre de gravité de l'écran étant situé axialement aussi bas que possible,par lestage ou par construction.