Brevet FR2398023A1 — publié le 19790216

L'invention concerne le domaine de l'utilisation d'énergie solaire et de la production d'eau potable en,particulier à partir d'eau de mer. On fait actuellement de gros efforts pour tirer parti de l'énergie solaire et il existe déjà des propositions selon lesquelles énergie solaire parmet de fournir de l'énergia, par exemple pour la production d'électricité. Dans une réalisation connue de ce genre, il est prévu de récupérer énergie solaire et de produire de la vapeur haute pression à partir de capteurs solaires ou champs d'orien- teurs et d'une chaudière solaire, qui constituent des moyens disponibles dans la technique. Pour uniformiser le procédé, il convient alors de stocker 11 énergie calorifique pendant une courte période de temps, par exemple deux heures au maximum, en utilisant un grand réservoir de fluide thermique.Ce réservoir, ainsi que la chaudière solaire, sont mis en communication avec l'entrée d'une turbine dans laquelle la vapeur haute pression se détend, ce qui permet de produire de l'électricité dans un alternateur couplé de façon classique à la turbine. Quant à la vapeur détendue, elle est condensée dans un appareil d'échange utilisant l'air comme source froide et dénommé à cet effet aérocondenseur. Le condensat produit dans cet appareil est recyclé à la chaudière solaire pour une nouvelle vaporisation. Des réalisations de ce type permettent effectivement de tirer profit de l'énergie solaire pour la production d'électricité, mais elles présentent un certain nombre d'inconvénients. En premier lieu, le rendement énergétique est médiocre, en particulier parce qu'il n'est pas possible de récupérer la chaleur disponible dans la vapeur à la sortie de la turbine après détente, chaleur qui se situe à un niveau de basse température, par exemple de l'ordre de 500C. Comme toutes les centrales solaires, une installation du type précité se heurte également à des difficultés pratiques telles que le stockage de l'énergie, les variations inévitables de puissance électrique produite, entre autres. De plus, le couplage avec des générateurs Diesel pose des problèmes difficiles. La présente invention a pour objet une nouvelle application de l'énergie solaire,et elle concerne. en particulier un procédé intégré dans lequel, en utilisant l'én#giesolaire, on peut produire de l'eau potable à partir de l'eau de mer, de l'eau saumâtre ou toute autre source d'eau brute. L'invention a aussi pour objet un procédé pour la production d'eau potable avec un rendement thermique élevé en mettant à profit énergie solaire. A la connaissance de la demanderesse, il s'agit d'une application originale de l'énergie solaire, la plupart des unités de dessalement d'eau de mer actuellement utilisées dans le monde faisant appel à des combustibles pétroliers, tels que le fuel. L'invention a également pour objet un procédé pour la production d'eau potable à partir d'une eau brute, telle que l'eau de mer, qui, bien que faisant appel à une centrale solaire, est exempt des inconvénients qui sont habituellement rencontrés avec ce genre d'ins lallation. Sous sa forme la plus générale, l'invention a pour objet un procédé pour la production d'eau potable à partir d'une eau brute, telle que l'eau de mer, avec utilisation d'énergie solaire, caractérisé en cet'il comprend les étapes suivantes : (1) on produit de façon connue de la vapeur haute pression (HP) dans une chaudière solaire, (2) on détend directement ladite vapeur HP dans une turbine entratnant un compresseur de vapeur, (3) on fait circuler la vapeur basse pression (BP) sortant de la turbine dans un circuit dont un tronçon est en contact d'échange avec liteau brute, en particulier l'eau de mer, préalablement préchauf féeJde préférence dans l'unité dedessalemenk, cette eau étant alors au moins partiellement transformée en vapeur, tandis que la vapeur BP circulant dans le circuit se trouve condensée, (4) on introduit ladite vapeur issue de l'eau brute au moins partiellement à l'entrée du compresseur, (5) on injecte la vapeur d'eau comprimée, sortant du compresseur, dans ledit circuit avant son entrée dans l'unité de dessalement, et (6) on récupère dans ledit circuit, à la sortie de l'unité, un condensat dont une partie sert à la production d'eau douce et l'autre est renvoyée à la chaudière solaire pour une nouvelle vaporisation. Dans le procédé de l'invention, pour récupérer l'énergie solaire et produire de la vapeur haute pression, on utilise des moyens connus en soi, qui impliquent la mise en oeuvre de capteurs solaires ou de champs d'orienteursscolaires ainsi que d'une chaudière solaire. Cependant, il est très important de noter que le procédé de l'invention permet de supprimer le stockage d'énergie, la vapeur haute pression sortant de la chaudière solaire étant directement détendue dans la turbine. On a indiqué précédemment que la turbine faisait fonctionner un compresseur de vapeur équipant l'unité de traitement de l'eau brute, notamment de dessalement d'eau de mer. Bien entendu, la turbine permet également d'entratner un alternateur qui fournit l'elec- tricité nécessaire aux besoins auxiliaires, tels que les pompes, l'éclairage, l'alimentation en électricité des appareils tels que les armoires électriques etc. Il est également possible de fournir une partie de cette électricité à ltexterieur. Ainsi, l'invention met à profit l'énergie solaire comme seule source d'énergie pour l'ensem- ble du procédé. La vapeur basse pression sortant de la turbine est condensée dans l'unité de dessalement. Cette condensation est effectuée par échange de chaleur avec l'eau de mer qui est introduite froide mais qui est de préférence préchauffée dans l'unité de dessalement. L'eau de mer entre en ébullition au cours de cet échange et produit une certaine quantité de vapeur. Cette vapeur, après avoir été comprimée dans le compresseur, est introduite dans le circuit de vapeur basse pression sortant de la turbine.On obtent ainsi à la sortie de l'unité de dessalement une eau doucie qui circule dans ledit circuit et qui, par un sytèmede pompage, peut pour partie fournir la production d'eau douce et pour le reste servir de condensat à recycler vers la chaudière Bien entendu, l'eau adoucie produite peut autre traitée com plémentairement de manière connue par des moyens chimiques pour fournir une eau potable conforme aux normes désirées. L'invention apparatt donc comme un procédé intégré permettant d'obtenir de l'eau potable à partir de l'eau de mer ou toute autre eau brute avec l'utilisation d'énergie solaire seule. On constate en effet une telle intégration, d'abord au niveau de la turbine qui entratne le compresseur de vapeur, lequel est alimenté par l'évaporation de l'eau de mer, ainsi qu'au niveau de la vapeur qui sort du compresseur et qui est recombinée à la vapeur basse pression sortant de la turbine. La mise en oeuvre du procédé fait également apparattre un 'effet de synergie remarquable en raison du rendement thermique élevé qui peut autre obtenu. En effet, il apparatt que la quantité de vapeur, produite à partir de l'eau de mer par évaporation de celle-ci au cours de son échange avec le circuit vapeur basse pression sortant de la turbine. est beaucoup plus important que la quantité de vapeur correspondant à une simple évaporation par chaleur sensible. Cela est dfl à un phénomène de pompe à chaleur qui est le fait m#me du compresseur de vapeurl'efflcac#tédela pompe à chaleur est très grande en raison de la faible hauteur de pompage de la chaleur et de la réutilisation complète de la chaleur de condensation pour une nouvelle évaporation. L'efficacité peut titre encore accrue en augmentant la surface d'échange du faisceau d'évaporation de l'eau de mer. L'utilisation de matériaux bon marché comme l'aluminium pour les tubes du faisceau d'échange permet de réaliser l'augmentation de la surface sans grever le prix d'investissement. Le procédé de l'invention procure un rendement thermique pour la production d'eau potable. On a déterminé en effet qu'après condensation et traitement chimique usuels, on obtenait l'eau avec un rendement thermique élevé ; pour fixer un ordre de grandeur, la consommation spécifique se situe de -5 à 12 KWh par m3 d'eau produite, voire en dessous. Il va sans dire que des rendements moins bons sont également réalisables et peuvent convenir à des besoins particuliers. On notera également que l'on récupère complètement la chaleur basse température disponible à la sortie de la turbine, ce qui permet de tirer profit au maximum de l'énergie solaire. Le procédé de l'invention convient particulièrement bien pour titre appliqué dans des pays désertiques pauvres et mSme dans certains pays producteurs de pétrole s mais également riches en énergie solaire Les avantagesi du procédé de l'invention sont également très nets par rapport aux usines de dessalement classiques qui nécessitent la consommation de fuel. Cette consommation est non négligeable : elle est de tordre de 8,5 kg de fuel par z d'eau produite soit 2.800 tonnes par an de fuel. Au prix du fuel, qui ne cesse d'augmenter, il faut ajouter les frais de transport, ce qui correspond à des frais de fonctionnement élevés.Le procédé de l'invention, après un investissement correspondant à l'installation de production d'énergie à partie d'énergie solaire, permet d'aboutir à des frais de fonctionnement bien moindres. L'invention sera illustrée sans Entre aucunement limitée par la figure unique du dessin annexé qui représente d'une manière schématique un diagramme de fonctionnement du procédé. On a représenté schématiquement au dessin un ensemble de capteurs solaires désigné par la référence générale 1. Ces capteurs orientent les rayons solaires vers une chaudière 2. La chaudière 2 produit de la vapeur haute pression qui est détendue dans une turbine 3. Celle-ci est couplée à un compresseur 4 ainsi qu'à un alternateur 5 permettant de fournir l'électricité nécessaire aux appareillages auxiliaires. On a désigné par la référence 6 l'unité de dessalement d'eau de mer. La vapeur haute pression circule dans une canalisation g avant d'dure amenée dans la turbine 3. La vapeur basse pression, après détente dans la turbine, passe dans une conduite 13 avant d'être amenée dans l'unité de dessalement 6 par l'intermédiaire d'un circuit 15 se trouvant en contact d'échange de chaleur avec l'eau de mer, ainsi qu'il va être décrit.En effet, l'eau de mer pénètre dans l'unité de dessalement 6 par un ensemble de canalisationsl0 et un condenseur 21 Où elle est rechauffée.L'eau de mer est pulvérisée en 11 ; l'eau de mer entre alors en contact avec le circuit 15 véhiculant de la vapeur, ce qui a pour effet de mettre l'eau de mer en ébullition et de produire alors de la vapeur d'eau doucettandis que la vapeur basse pression du circuit 15 se condense. La vapeur d'eau de mer est reprise par la canalisation 12 pour titre amenée à l'entrée du compresseur 4. A la sortie du compresseur, la vapeur est transportée par la canalisation 14 pour rejoindre la canalisation 13 avant son entrée dans l'unité de dessalement 6. La vapeur condensée dans le circuit 15 sort de l'unité de dessalement par la canalisation 16.La vapeur condensée par le condenseur 21 est amenée par la canalisation 22 vers la canalisation 16. L'eau condensée est reprise par une pompe 7 qui permet de la véhiculer d'une part dans une canalisation 17 pour la production d'eau douce proprement dite et d'autre part dans une canalisation 18 pour/recyclage à la chaudière solaire, Quant à la saumure concentrée en sel de l'unité de dessalement, elle sort par la canalisation 19 de l'unité de dessalement 6 pour être véhiculée par une pompe 8 et Etre récupérée dans la canalisation 20. Une installation du type représenté schématiquement à la figure annexée est capable de produire de l'eau douce en quantité importante et avec un rendement élevé. Par exemple, une unité de ce type peut produire 1000 m3 /jour d'eau douce avec un rendement thermique de 7kWh/#. Ce genre d'installation convient bien pour les sites ensoleillés manquant d'eau, par exemple des soles, des contrées maritimes ou des sites disposant d'eau-saum#tre saumStre-b6néficiant d'un ensoleillement suffisant. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la production d'eau potable à partir d'une eau brute, telle que 11 eau de mer, avec utilisation d'énergie solaire, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : (1) on produit de façon connue de la vapeur haute pression (HP) dans une chaudière solaire, (2) on détend directement ladite vpeur HP dans une turbine entratnant un compresseur de vapeur, (3) on fait circuler la vapeur basse pression (BP) sortant de la turbine dans un circuit dont un tronçon est en contact d'échange avec l'eau brute, en particulier l'eau de mer dans l'unité de dessalement, cette eau étant alors au moins partiellement transformée en vapeur, tandis que la vapeur BP circulant dans le circuit se trouve condensée, (4) on introduit ladite vapeur issue de l'eau brute au moins à l'entrée du compresseur, (5) on injecte la vapeur d'eau cômprimée, sortant du compresseur, dans ledit circuit avant son entrée dans l'unité de dessalement, et (6) on récupère dans ledit circuit, à la sortie de l'unité, un condensat dont une partie sert à la production d'eau douce et l'autre est renvoyée à la chaudière solaire pour une nouvelle vaporisation. 2. Procédé selon la rdvendication 1, caractérisé en ce que la vapeur HP sortant de la chaudière solaire est détendue dans la turbine sans passer dans un stockage intermédiaire. 3. Procédé selon l'une des revendicatio X ou 2, caractérisé en ce que la turbine entratne également un alternateur, qui fournit de l'électricité, en particulier celle nécessaire aux besoins auxiliaires, l'énergie solaire étant la seule source d'énergie pour lten- semble du procédé. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, avant son introduction dans l'unité le dessalement, l'eau de mer est préchauffée. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'eau de mer est préchauffée dans un condenseur monté dans l'unité de dessalement, et la vapeur alors condensée dans l'unité est récupérée et réunie au condensat de l'étape (6). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'eau adoucie sortant de l'unité de dessalement est traitée complémentairement par des moyens chimiques en soi connus pour fournir de l'eau potable. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on traite de l'eau de mer, de l'eau saumâtre ou une eau brute analogue.