Brevet FR2406095A1 — publié le 19790511

La présente invention concerne un dispositif pour la production et le stockage d'énergie thermique,autrement dit de chaleur, obtenue à partir de l'énergie éolienne. La principale difficulté de l'utilisation de l'énergie óo- lienne réside dans le caractère extrêmement variable et discontinu de la puissance du vent captée par une roue éolienne.Ce caractère très particulier de l'énergie éolienne impose le mode d'utilisation et nécessite la lise en oeuvre de procédés de stockage qui permettent de compenser les irrégularités de produc tiol tout el s'adaptant aux variations de la demande. Les solutions déjà envisagées et les plus connues transformont l'énergie éolienne -soit en énergie électrique,avec l'emploi d'accumulateurs, ou avec électrolyseurs, ou encore avec marche sur un réseau compen- sateur; - soit on énergie hydraulique, avec pompage et accumulation dans un réservoir; - soit en énergie thermique,avec accumulation de chaleur ou avec utilisation compensatrice d'une autre source de chaleur. La présente invention s'intéresse uniquement au dernier cas, c1est-è-dire à la production de chaleur. Divers principes gén & raux de la production de chaleur à partir de ltenergie éolienne sont déjâ connus -production d'électricité et dissipation de chaleur dans une résistance par effet Joule; -production directe de chaleur dans un fluide au moyen d'un frein hydraulique ou d'un circuit de pompe avec perte de charge dissipatrice; -production directe-de chaleur à partir d'un frein mécanique â frottement. Cette dernière solution, conduisant à des usures inadmissi bles, est à écarter, et seuls les deux premiers principes peu vent êtro valablement retenus. Le but de la présente invention est de fournir fln dispositif pour la production et le stockage d'énergie thermique obtenue à partir de l'énergie éolienne qui perfectionne l'un ou l'autre de ces deux principes. À cet effet, elle a essentiellement pour effet un disposi tif caractérisé par la combinaison d'une roue éolienne,d'un multiplicateur de vitesse permettant à la roue éolienne d'en traSner en rotation un arbre à une vitesse supérieure -à la sienne, d'un générateur de chaleur entrainé par l'arbre précité, d'un système de stockage à haute température chauffé par le générateur de chaleur et traversé par un fluide à haute tempéra- ture, d'un circuit parcouru par ce fluide à haute température et comportant un échangeur thermique, et d'un circuit d'utilisation parcouru par un autre fluide chauffé dans l'échangeur ther situe. Cet ensemble,particulièrement adapté aux nécessités de l'utilisation et au caractère variable et discontinu de l'énergie éolienne, constitue une solution optimale pour la production et le stockage de chaleur à partir de cette énergie. Le recoure au multiplicateur de vitesse permet de réduire le volume du générateur de chaleur,donc l'inertie thermique de ce dernier,ce qui est trbs important pour diminuer les pertes calorifiques lors des remises en marche après une période d'arr9t,ces périodes de marche transitoire étant nombreuses compte tenu des arrêts fréquents dfls au manque de vent.De plus, la mise en oeuvre d'un système de stockage à haute tetpérature,avec un circuit spécial traversé par un fluide intermédiaire distinct de celui qui parcourt le circuit d'utilisation, autorise un stockage d'énergie thermique sous un faible volume, et procure ainsi une réduction de volume importante de l'accumulateur par rapport aux systèmes connus déjà envisagés dans lesquels le générateur de chaleur chauffe directement un réservoir relié au circuit d'utilisation,parcouru par un fluide à température re nativement faible. Suivant une première forme de réalisation de l'invention, le générateur de chaleur est constitué par une génératrice électrique entratnée en rotation par l'arbre de sortie du multiplicateur et raccordée à une résistance électrique incorporée dans le système de stockage pour chauffer le fluide intermédiaire à haute température. Suivant une deuxième forme de réalisation de l'invention, le générateur de chaleur est constitué par un frein hydraulique entratné en rotation par l'arbre de sortie du multiplicateur et intercalé sur un circuit de fluide hydraulique passant par le système de stockage à haute température. L'intérêt de la première forme de réalisation est la facilité de liaison,par câbles électriques, entre le générateur de chaleur et le système de stockage à haute température,lorsque ceux-ci ne sont pas situés l'un à proximité de l'autre. La deuxiè- me forme de réalisation,obligeant l'utilisation à placer l'éolien- ne à proximité du système de stockage, présente un meilleur rendement énergétique global, les lois de variation de la paissance en fonction de la vitesse état identiques pour la roue éolienne et pour le frein. Dans les deux cas envisagés ci-dessus, l'avasta- ge du dispositif est d'être relativement simple et bon marché. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique anme- te représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes de réalisation de ce dispositif pour la production et le stockage d'énergie thermique obtenue à partir de énergie éolienne Figure 1 est une représentation très schématique d'un prenier dispositif conforme à l'invention, dans lequel le générateur de chaleur comprend une génératrice électrique raccordée à une résistance; Figure 2 est une représentation très schématique d'un second dispositif conforme à l'invention, dans lequel le générateur de chaleur est constitué par un frein hydraulique. Le dispositif représenté sur la figure 1 comprend une roue éolienne 1, montée sur un arbre 2, représentée symboliquement sous la forme d'une hélice mais pouvant âtre de n'importe quel type. L'arbre 2 entraîne un multiplicateur de vitesse 3, lui aus- si représenté de façon très schématique par deux pignons en prise l'un avec l'autre, dont l'arbre de sortie 4 est accouplé à une génératrice électrique 5. Le multiplicateur 3 permet à la gistra- trice 5 de tourier à une vitesse supérieure à celle de la roue éolienne 1, cette vitesse étant variable suivant la puissance du vent.Des conducteurs électriques ó raccordent la génératrice 5 à une résistance 7 incorporée dans un système de stockage 8. Celui-ci est avantageusement constitué par un réservoir calorifugé de faible volume contenant an fluide à haute température,par exemple une huile minérale pouvant être stockée à une tempéra- ture de 3000C ou plus. De ce réservoir part un circuit parcouru par le fluide à. haute température; ce circuit comprend un conduit de départ sur lequel est placée une pompe de circulation 9, un échangeur thermique 10 et un conduit 11 de retour au système de stockage 8. Dans 1 1échangeur 10, le fluide à haute température cède sa chaleur à un autre fluide à plus faible tenpérature,qui parcourt un circuit d'utilisation 12. Dais le dispositif représenté sur la figure 2,se retrouvent plupart des éléments précédouent décrits : roue éolien- ne 1 montée sur un arbre 2 qui entrasse un multiplicateur de vitesse 3, système de stockage à haute température 8; circuit parcouru par un fluide à haute température partant du système de stockage 8 et comprenant une pompe de circulation 9, un échangeur thermique 10 et un conduit de retour 11; circuit d'utilisation 12. Cependant la génératrice électrique raccordée à une résistance électrique est remplacée par un générateur de chaleur d'un autre genre constitué par un frein hydraulique 13 entratné en rotation par l'arbre de sortie 4 du multiplicateur de vitesse 3.Le freinage hydraulique provoque l'échauffement d'un fluide passant dans un circuit 14 qui traverse le système de stockage à haute température 8. Ce fluide est par exemple une huile minérale. Le circuit d'utilisation 12 peut Strie notanent parcouru par de l'eau, pour des applications de chauffage à usage domesti- que, industriel ou agricole. En mottant en oeuvre des moyens simples et économiques, le dispositif selon l'invention permet de disposer à tout moment d'énergie thermique,obtenue à partir de l'énergie essentiellement discontinue qu'est l'énergie éolienne, ceci par l'intermédiaire d'un système de stockage à haute température qui assure une accumulation de chaleur sous un tai- ble volume. Couse il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation de ce dispositif pour la production et le stockage d'énergie thermique obtenue à partir de l'éner- gie éolienne qui ont été décrites ci-dessus à titre d'exemples; elle en embrasse, au contraire,toutes les variantes de réalisation et d'application comportant des noyons équivalents,tels qu'un autre type de générateur de chaleur intercalé dans la mamie chaine énergétique entre le multiplicateur de vitesse et le système de stockage, ou incorporées dans un ensemble plus élaboré,par exemple avec utilisation en parallèle d'une autre source de chaleur conventionnelle intervenant à titre de compensation. -REVENDICÂTIONS 1.- Dispositif pour la production et le stockage d'énergie thermique obtenue à partir de l'énergie éolienne,caractérisé en ce qu'il est essentiellement composé,en combinaison, d'une roue éolienne,d'un multiplicateur de vitesse permettant à la roue éolienne d'ontratner en rotation un arbre à une vitesse supérieure à la sienne, d'un générateur de chaleur entrané par l'arbre précité, d'un système de stockage à haute température chauffé par le générateur de chaleur et traversé par un fluide à haute température, d'un circuit parcouru par ce fluide à haute température et comportant un échangeur thermique, et d'un circuit d'utilisation parcouru par un autre fluide chauffé dans l'échangeur thermique. 2.-Dispositif selon la revendication 1,caractérisé en ce que le générateur de chaleur est constitué par une génératrice électrique entratnée en rotation par l'arbre de sortie du multi- plicateur et raccordée à une résistance électrique incorporée dans le système de stockage pour chauffer le fluide intermediaire à haute température. 3.- Dispositif selon la revendication 1,caractErisé en ce que le générateur de chaleur est constitué par un frein hydraulique entraîné en rotation par l'arbre de sortie du multiplicateur et intercalé sur un circuit de fluide hydraulique passant par le système de stockage à haute température 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 & BR tempbra- ture est une huile minérale. 5.- Dispositif selon la revendication 4,caractérisé en ce gue le stockage est effectué à une température d'au moins 300 C.