Brevet FR2297334A1 — publié le 19760806

La présente invention s'inscrit dans le domaine de la production d1 énergie électrique industrielle. La production classique d'énergie électrique dépend de plusieurs sources s les centrales hydrauliques qui turbinent des chutes d'eau naturelles ou artiiicielles, dont on sait que le réseau d'iiplan- tation arrive à saturation; les centrales theraiques qui brûlent un combustible tel que charbon ou pétrole, en faisant intervenir le principe de Carnot, ce qui implique un rendement médiocre et dont on tonnait les difficultés d'approvisionnemnt; les centrales nuclaires, qui suivent le même principe, consommnent un coabustible fossile et présentent un grand danger de pollution radio-active. Les autres sources d'énergie envisagées à l'heure actuelle t vent, marées, soleil, ne sont pas en mesure de satisfaire la demande en électricité, du fait de leur irrégularité. Seule la géothermie est susceptible de combler cet inconvénient. Elle constitue un domaine peu connu et les expériences tentées font encore une fois interveair le principe de Oarnot t elles refroidissent la croate terrestre, ont un faible rendement et seraient susceptikies d'engendrer des micro-climats.C'est cependant la source la plus sûre et la plus prometteuse, et la présente invention la libère de ses inconvénients La conception du système auto-dynamique suivant l'invention est une forme de géothermie qui permet - d'envisager la Bise en place de centrales d'une production de l'ordre de I0.000 MWe par unité sans refroidissement no- table de la croate terrestre. - d'obtenir cette production sans aucun combustible et d'une façon parfaitement régulière et illimitée. - d'abriter la centrale en cas de guerre ou de sabotage et de n'occuper qu'une très faible place au sol puisqu'elle est totalement enterrée. Seules les installations de distribution, de transforiation du courant et de régulation du système seront apparentes. - elle n'amènera auoune pollution, abstraction faite de l'échan- ge thermique négligeable résultant de son fonctionnement. Le fonctionnement du système ne fait intervenir que des lois physiques bien connues et joue sur les propriétés des vapeurs sa- turantes que nous énonçons à 8 tempèrature égale, la pression d'une vapeur saturante est indépendante des volumes de la vapeur. C'est ainsi qu'on peut concevoir une colonne de vapeur saturante d'une hauteur de plusieurs kilomètres. D'autre part, à température égale, il n'existe paa de vapeur & une pression supérieure à sa pression saturante; c'est pourquoi si l'on communique une surpression en un endroit déterminé de la veine gazeuse, il y aura condensation. I1 faut noter que la surpression à communiquer est théoriquement proche du zéro, de par l'énoncé de cette loi. I1 faut se rappeler aussi que la vapeur d'eau est celle qui libère le plus de calories en se condensant. Ainsi, après une période de démarrage assez brave, toute l'enceinte isotherme sera portée à la température idéale. Enfin, la densité de la vapeur, c'est à dire son poids en eau augmente avec la température et la pression.Nous donnons un tableau illustrant comment varient les énergies théoriques sous le double effet de l'augmentation du poide spécifique de la vapeur et de la hauteur de chute. Il faut aborder le domaine peu connu de la géothermie pour expliquer la conception du système s on sait que la température s'élève d'un degré tous les trente mètres lorsq'on descend dans la terre. Ces chiffres sont des valeurs moyennes et dépendent des sites choisis s dans des régions propices, il suffit d'une dizaine de mètres pour parvenit à ce résultat. Seule la recherche et l'expérience pourront nous donner des renseignements précis en ce dolaine. Nous estimerons que la température de 212 est atteinte à 5.000 mètres de profondeur, le poids spécifique d'un mètre cube de vapeur saturante est alors de 10 Kgs, sous une pression de 20 ggs par cm2. Nous décrivons une centrale d'une production de I.000 MW et noua verrons que cette puissance peut être élevée sans modifications considérables de l'ouvrage. Le système comporte essentiellement une enceinte cylindrique en maçonnerie "i", d'un diamètre de 6 m, d'une hauteur de 5.000 m, dont la base présente une chambre de vaporisation "2" soumise à la température ambiante de 2120. Cette embase contient 32 mètres cubes d'eau pure, pour un diamètre de 20 mètres, cela représente une hauteur de I0 ci d'eau seu- lement, afin de favoriser la vaporisation. L'enceinte est revOtuê d'un isolant thermique "3" destin à limiter au minimum les échsn- ges de calories. Si l'on règle la pression à 20 Kg/cm2 au moyen de la machinerie "4", il y 8 formation instantanée de vapeur saturante, qui occupe tout le volume assigné, c'est à dire toute l'enceinte.La capacité totale en eau du circuit eauvvapeur sera alors d'environ 12.000 #3. Pendant la phase de démarrage, on diminue la pression interne, de façon à palier la condensation due à la différence des températures entre le bas et le haut de l'enceinte, jusqu'à la mise en température du système. Puis on augmente cette pression jusqu'd sa valeur optilale. On dispose là d'un moyen de contrôle et de régulation absolue du circuit. En fonctionnement normal, la vitesse de la vapeur et de 260 Kg/h. L'enceinte est coiffée d'une chambre de condensation "5" d'une hauteur de 5 m et d'un diamètre de 20 m qui comporte 20 unités de surpresseurs disposée suivant trois cercles concentriques t nous faisons intervenir des ventilateurs hélicoïdes à volute dont les caractéristiques sont proches d'installations existantes et ne présentent pas un fonctionnement optimal dans ce cas précis. Leur débit unitaire est de IOO m3/s, pour un diamètre d'hélice de 3 m, leur vitesse angulaire (variable) de 360 t/mn et ils compriment la vapeur dans leur volute sous une pression de 35 mm d'eau. Dans ces conditions, leur puissance absorbée est de 40 KW. Pour 20 unités, la puissance ressort à 800 KW ot le débit à 2.000 m3/s. Le poids de l'eau condensée est donc de 20.000 Kg/s. Cette condensation r4- duit la pression interne dans l'enceinte et l'ébulitien, bien que se produisant en vase clos peut continuer. Il faut noter que la température de l'eau est toujours de 2120 et que le travail des surpresseurs ne doit être évalué qu'en fonction de la différence de pression qu'ils communiquent.L'eau est amenée jusqu'd la conduite forcée "6" d'un diamètre de 0,5 m, la vitesse de l'eau est maintenue à I0 m/s ce qui détermine un débit de 20 m3/s et l'éner- gie potentielle à 5.000 m ressort bien à 20.000 x 5.000 = I00.000.000 Kgm/s. I1 faut encore remarquer qu'à cette profondeur, un Kgm vaut plus de 9,8I Joule, c'est pourquoi nous ne tenons pas compte des pertes de charge dans la conduite forcée, ni de l'influence de la pesanteur qui déplacera le point d'ébulition de l'eau. La conduite alimente des turbo-alternateurs "7" situés dans des chambres que l'on peut isoler de la vapeur. L'eau se déverse finalement dans la chambre de vaporisation pour recommencer son cycle. Le mouvement est donc perpétuel et le système auto-gdndrateur. Le rendement global de l'opération ressort à 99,92%. Lorsqu'on sait comment varient les volumes, on voit qu'une puissance IO fois plus grande peut être obtenue dans les mêmes conditions pour une enceinte d'un diamètre de I9 m seulement. D'autre part la vitesse des deux fluides est susceptible d'atteindre des valeurs bien plus importantes, ce qui diminuera d'autant le volume de l'ouvrage. REVENDICATIONS I - Système de production d'énergie hydraulique réalisé dans une enceinte géothérmique isotherme permettant d'obtenir une tempèrature ambiante élevée et une grande hauteur de chute. II - Système de production d'énergie hydraulique selon la revendication I, caractérisé par le fait que l'enceinte est occupée par une vapeur saturante de ferte densité. III - Système de production d'énergie hydraulique selon la revendication II, caractérisé par le fait que la vapeur saturante est condensée à l'étage supérieur de l'enceinte au moyen de compresseurs volumétriques. IV - Système de production d'énergie hydraulique selon la revendication III, caractérisé par le fait que le liquide condensé est dirigé vers une conduite forcée pour y être turbiné puis entreprendre un nouveau cycle. PROFONDEUR TEMPERATURE PRESSION POIDS d'Im3 ENERGIE THEORIQUE EN FONCTION de D'UN VOLUME DE VAPEUR DE en m en C en KG/cm2 vapeur en Kg 2.000 m3 4.000 m3 8.000 m3 I0.000 m3 Vide I.000 m 38 relatif: 0,046 88 KW I76 KW 352 KW 440 KW 93,52% Vide 2.000 m 70 relatif: 0,I99 7,6MW I5,2 MW 30,4 MW 38 MW 3.000 m II6 I,782 I,0II 60 MW I20 MW 240 MW 303,3 MW 4.000 m I60 6,325 3,320 248 MW 496 MW 992 MW 1328 MW 5.000 m 212 20,48 I0 I000 MW 2000 MW 4000 MW 5000 MW 6.000 m 280 60 50 20 2300 MW 4640 MW 9280 MW I200 MW