Brevet FR2756325A1 — publié le 19980529

L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de production d'énergie électrique à partir d'une énergie renouvelable, notamment par stockage d'énergie potentielle. II existe dans l'art antérieur un certain nombre de dispositifs de production d'énergie électrique à partir d'une énergie renouvelable. Tous ces dispositifs ont en commun qu'ils cherchent à transformer directement l'énergie renouvelable en énergie électrique, vapeur ou eau chaude. Dans ces dispositifs, on observe généralement une déperdition importante de l'énergie renouvelable utilisée, et sa conversion en énergie électrique se fait en général avec un rendement très faible (de l'ordre de 15 %). De ce fait, les dispositifs de l'art antérieur sont relativement peu utilisés, ou seulement pour des installations qui ne peuvent pas bénéficier de l'alimentation électrique générale. Pour notamment remédier à ces inconvénients, le but principal de la présente invention est de proposer un procédé de production d'énergie électrique à partir d'une énergie renouvelable qui est tel que la conversion de l'énergie renouvelable en énergie électrique est une suite d'opérations intégrées fonctionnant toutes en synergie. De plus, une partie de l'énergie électrique obtenue selon ce procédé est utilisée pour l'accomplissement de certaines des opérations nécessaires à cette conversion. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le dispositif selon l'invention est un dispositif qui fonctionne "en boucle", c'est à dire dans lequel une partie de l'énergie électrique produite est réutilisée pour le fonctionnement du dispositif. La mise en route du dispositif est réalisée entièrement à partir de l'énergie renouvelable, qui est captée et stockée. Par la suite, le système fonctionnant en boucle, L'énergie renouvelable sera utilisée uniquement pour pourvoir au remplacement de l'énergie potentielle qui a été déstockée, et pour optimiser les rendements des différentes étapes. Ce dispositif est particulièrement intéressant, dans la mesure où, grâce à l'amplification mécanique, il fonctionne comme un "levier à énergie". Ainsi, le choix de la dimension du dispositif ne dépend pas uniquement de l'importance ni de l'intensité de l'énergie renouvelable susceptible d'être captée, mais du besoin final en électricité. Toutefois, une bonne connaissance et une maîtrise parfaite du gisement naturel seront indispensables pour optimiser les performances du dispositif. Les opérations intégrées du procédé selon l'invention sont les suivantes - on capte une énergie renouvelable, - on utilise cette énergie renouvelable pour comprimer un gaz, - on stocke ce gas comprimé à froid, - on le déstocke ensuite de manière contrôlée, - on convertit l'énergie issue de ce déstockage en énergie mécanique au moyen d'un dispositif mécanique, - cette énergie mécanique produite étant à son tour, convertie en énergie électrique. L'énergie renouvelable utilisée peut être le vent, le soleil, ou toute autre énergie renouvelable. Cette énergie, captée, va servir à actionner un ou plusieurs surpresseurs pneumatiques qui vont comprimer un gaz. Le gaz comprimé est ensuite stocké à froid dans différents réservoirs et à différentes pressions. De manière préférentielle, le gaz utilisé est de l'air. Le déstockage du gaz comprimé est réalisé par chauffage. Ce chauffage provient soit des calories qui sont récupérées à divers points du dispositif (notamment au niveau des compresseurs ou des turbines), soit de l'énergie captée par des capteurs solaires, soit d'une résistance électrique alimentée par de l'électricité produite par le procédé selon l'invention, soit encore par tout autre procédé de chauffage. Le gaz comprimé chauffé va pénétrer dans un dispositif de circulation des fluides tel que, notamment, un système de pompage. Ce système de pompage comprend une ou plusieurs pompes telles que notamment des pompes hydrauliques, des pompes à vis sans fin, des pompes à membranes, des pompes centrifuges, des pompes à pistons mécaniques simple effet ou double effet, I'action desdites pompes étant éventuellement amplifiée par des vérins hydrauliques. L'électricité produite par le procédé selon l'invention est utilisée de deux manières différentes une partie de cette électricité est utilisée pour permettre la réalisation ou l'optimisation de certaines étapes du procédé (compression du gaz, déstockage du gaz comprimé, fonctionnement de la turbomachine), L'autre partie de l'électricité est destinée à être transmise au réseau national d'électricité ou à être utilisée sur place conformément à la réglementation en vigueur ou éventuellement transmise à un utilisateur final. Le dispositif selon l'invention est un dispositif de mise en oeuvre du procédé ci-dessus décrit, caractérisé en ce que - il comprend un moyen de capter une énergie renouvelable et de la convertir de manière à faire fonctionner un ou plusieurs surpresseurs pneumatiques, un moyen de stocker du gaz comprimé à froid, puis de le déstocker par chauffage contrôlé pour actionner un dispositif de circulation des fluides qui expulsera un fluide spécial vers une turbomachine capable de produire de l'électricité, et - L'énergie ainsi produite sert à alimenter les différents moyens dudit dispositif. Ainsi, le dispositif selon l'invention peut être alimenté par une source extérieure, L'énergie renouvelable, et/ou par une source interne, L'énergie produite par ce meme dispositif. Par ailleurs, du fait de l'utilisation "en boucle", I'opérateur qui surveille le dispositif a une possibilité d'intervention et de contrôle à plusieurs niveaux notamment en intervenant sur les débits de circulation de gaz et de fluide, et en régulant la quantité d'énergie à redistribuer dans le système, il peut faire varier et optimiser le fonctionnement du dispositif. La description détaillée qui suit se réfère à la figure unique jointe qui illustre non limitativement l'invention, et qui fait ressortir d'autres particularités et avantages de l'invention. Cette figure unique est un schéma du dispositif de mise en oeuvre du procédé de production d'énergie électrique à partir d'une énergie renouvelable selon l'invention. Cette figure unique représente un moyen 1 de capter une énergie renouvelable. Suivant un mode de réalisation particulier de l'invention, L'énergie renouvelable utilisée est le vent, et le moyen 1 est une éolienne. L'énergie ainsi captée sert à faire fonctionner un ou plusieurs surpresseurs pneumatiques ou un ou plusieurs compresseurs 2, qui ont pour action de comprimer un gaz, tel que notamment l'air. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le gaz comprimé peut être stocké à froid dans différents réservoirs 3a, 3b, 3c, et à différentes pressions. Le gaz comprimé est ensuite déstocké par chauffage. Les différents moyens de chauffage que l'on peut employer sont notamment une résistance électrique 4a, la chaleur provenant du récupérateur de chaleur 4b, ou les capteurs solaires 4c. Le gaz comprimé ainsi déstocké actionne un dispositif mécanique de circulation des fluides 5. Le dispositif mécanique de circulation des fluides 5 est constitué par une ou plusieurs pompes à aspiration et à refoulement, telles que des pompes hydrauliques et/ou des pompes à vis sans fin, et/ou des pompes à membranes, et/ou des pompes centrifuges, et/ou des pompes à pistons mécaniques simple effet ou double effet. II s'agit d'une station de pompage fonctionnant en circuit fermé. Cette ou ces pompes aspirent et refoulent un fluide hydraulique 6 et expulsent ce fluide vers des conduites forcées 7. Grâce à ces conduites, le fluidelparvient de manière continue et sous pression dans une turbomachine 8 telle que notamment un turbocompresseur, un turbogénérateur, ou encore un turboalternateur. Suivant une autre variante avantageuse de l'invention, L'effet des pompes est amplifié par des vérins hydrauliques ou pneumatiques. Le fluide aspiré et refoulé par les pompes 5 est un fluide spécial dont la composition chimique et la viscosité sont déterminées et constamment contrôlées. La composition chimique est contrôlée par des prélèvements et des analyses fréquentes. La viscosité est contrôlée en agissant sur la température du fluide. De préférence, le fluide est d'origine naturelle et biodégradable. Un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention consiste à utiliser des turbomachines aussi bien pour comprimer le gaz que pour faire circuler le fluide ou l'éjecter vers le groupe turbine/alternateur. Suivant le dispositif selon l'invention, I'électricité produite est réutilisée pour l'alimentation des surpresseurs pneumatiques qui servent à comprimer le gaz. Dans le cas où le chauffage du gaz comprimé, en vue de son déstockage, est réalisé notamment au moyen d'une résistance électrique, cette résistance est alimentée avec l'énergie produite selon le procédé. Enfin l'énergie produite est également réutilisée pour l'alimentation de la turbomachine. REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'énergie électrique à partir d'une énergie renouvelable, caractérisé en ce qu'on réalise les opérations intégrées suivantes, fonctionnant toutes en synergie - on capte une énergie renouvelable, - on utilise cette énergie renouvelable pour comprimer un gaz, - on stocke ce gaz comprimé à froid; - on le déstocke ensuite de manière contrôlée, - on convertit l'énergie issue de ce déstockage en énergie mécanique au moyen d'un dispositif mécanique, - ladite énergie mécanique produite étant à son tour, convertie en énergie électrique. 2. Procédé de production d'énergie électrique à partir d'une énergie renouvelable selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'énergie renouvelable est le vent. 3. Procédé de production d'énergie électrique à partir d'une énergie renouvelable selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le gaz est comprimé au moyen d'un ou plusieurs surpresseurs pneumatiques, ou au moyen d'une turbomachine. 4. Procédé de production d'énergie électrique à partir d'une énergie renouvelable selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz comprimé est stocké à froid dans différents réservoirs et à différentes pressions. 5. Procédé de production d'énergie électrique à partir d'une énergie renouvelable selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le déstockage du gaz comprimé est réalisé par chauffage, ledit chauffage étant apporté soit par calories qui sont récupérées à divers points du dispositif (notamment au niveau des compresseurs ou des turbines), et/ou au moyen de capteurs solaires, et/ou au moyen d'une résistance électrique et/ou par tout autre procédé adapté. 6. Procédé de production d'énergie électrique à partir d'une énergie renouvelable selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif mécanique est un système de circulation des fluides tel que notamment un système de pompage immergé qui comprend une ou plusieurs pompes à aspiration et à refoulement telles que notamment des pompes hydrauliques, des pompes à vis sans fin, des pompes à membranes, des pompes centrifuges, des pompes à pistons mécaniques simple effet ou double effet, I'action desdites pompes étant éventuellement amplifiée par des vérins hydrauliques. 7. Procédé de production d'énergie électrique à partir d'une énergie renouvelable selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif mécanique est une turbomachine. 8. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen 1 de capter une énergie renouvelable et de la convertir de manière à faire fonctionner un ou plusieurs surpresseurs pneumatiques 2 qui compriment du gaz, ledit gaz comprimé 3 etant stocké à froid, puis déstocké par chauffage contrôlé 4 pour aller actionner une ou plusieurs pompes à pistons 5, capables d'expulser un fluide spécial 6 vers une conduite forcée 7 qui conduit le fluide en un jet continu et sous haute pression vers un groupe turbine/alternateur 8, L'énergie produite par ledit dispositif servant à alimenter le ou les surpresseurs 2, le moyen de chauffage 4 et/ou les turbomachines et/ou le groupe turbine/alternateur 8.