Brevet FR2815486A1 — publié le 20020419

La présente invention a pour objet un groupe mobile de génération combinée d'électricité, de chaud et de froid. Elle se rapporte d'une manière générale aux installation de fourniture d'énergie pour le secteur des activités industrielle et tertiaires, notamment dans les domaines hospitaliers et hôteliers, ainsi que dans les industries de l'électronique et de l'agro alimentaire. L'invention est basée sur le concept de la"trigénération"consistant à produire de l'électricité, de la chaleur et du froid au moyen d'une installation unique. La"trigénération"est l'association de diverses techniques aujourd'hui bien connues. - ! a cogénération : production combinée de force motrice (électricité) et de chaleur. -la production de froid par absorption ou compression. Nous nous intéresserons ici uniquement à la production du froid par absorption. Le concept de base qui permet son développement réside dans la recherche d'une rentabilisation de l'énergie thermique issue de la production afin de produire de l'eau chaude et de l'eau glacée. Les unités de"trigénération"s'imposent dès lors qu'il apparaît un besoin de froid important (pays chaud), et dans les contrées où le réseau d'acheminement de l'électricité est fragile et où subsistent des besoins d'eau chaude, notamment pour la production d'eau chaude sanitaire. Un grand nombre d'établissements industriels ou tertiaires ont besoin d'un système d'approvisionnement en énergie extrêmement fiable et sont souvent amenés à s'équiper d'installations de secours pour pallier les éventuelles défaillances des réseaux publics de distribution d'électricité. Ces équipements sont généralement réalisés à la demande et présentent l'inconvénient, outre la durée des travaux d'installation et les coûts élevés d'investissement et de fonctionnement, d'immobiliser des locaux d'un volume important. En France, les dégâts provoqués par les tempêtes à la fin de l'année 1999 sur le réseau d'Électricité de France ont démontré l'utilité de production autonome d'électricité rapidement mobilisable. Mais la seule production d'électricité n'est pas suffisante pour assurer l'approvisionnement en énergie de chauffage ou d'eau glacée dans les secteurs de l'industrie, de la santé, de l'hôtellerie ou du tertiaire. Les pays en voie de développement et certaines régions des pays industrialisés telles que le sud-est de la France, par exemple (en raison d'une ligne haute tension non doublée), sont des zones particulièrement vulnérables en approvisionnement d'électricité. A titre indicatif, une enquête réalisée en avril 2000 au Maroc auprès de plusieurs établissements hôteliers du sud du pays a révélé l'existence d'un réel besoin compte tenu : - de la fragilité du réseau électrique, du coût du kWh, des coupures intempestives imposées dans la plupart des villes et des villages, - de la permanence de besoin d'eau chaude sanitaire, - de besoins de rafraîchissement 9 à 10 mois par an. La perspective d'assurer, grâce à la"trigénération", une production autonome d'énergie électro thermique a suscité un réel intérêt pour 92% des directeurs d'hôtels contactés. Le système selon la présente invention permet d'obtenir un rendement et une rentabilité maxima grâce à une adéquation des besoins d'électricité et thermique chaud et (ou) froid. La perspective d'utiliser tout ou partie de l'énergie thermique issue de la production d'électricité pour produire du chaud et du froid ouvre des horizons nouveaux de rentabilité. De récentes études ont démontré que, pour des durées d'utilisation supérieures à 4700 h/an, la rentabilité est effective dans un nombre important d'activités. Les temps de retour sur investissement sont inférieurs à six ans. Lorsque l'adéquation énergétique est réalisée, le rendement global d'une installation de"trigénération"peut atteindre 85%. Cette optimisation par rapport à la cogénération classique se double d'une grande flexibilité dans la répartition des énergies produites (électricité-eau chaude-eau glacée). Ceci permet de maintenir le rendement dans de nombreuses situations et de disposer de véritables centrales énergétiques. Le dispositif objet de l'invention est constitué d'un groupe électrogène à moteur alimenté en gaz naturel ou en gazole et d'un groupe frigorifique à absorption délivrant de l'eau glacée en récupérant l'énergie calorifique des gaz d'échappement du moteur du groupe électrogène, une partie de cette énergie étant convertie en eau chaude grâce à des échangeurs sur les circuits d'échappement et de refroidissement, l'ensemble des deux groupes en état de fonctionnement et de leurs accessoires étant installés dans un conteneur standardisé transportable par camion par train ou par bateau. Sur les dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif d'une des formes de réalisation de l'objet de l'invention : la figure 1 est un schéma simplifié d'un groupe de"trigénération" utilisé pour la production combinée d'électricité, d'eau chaude et d'eau glacée, la figure 2 représente en perspective un conteneur standard utilisé pour contenir les composants de l'installation de génération d'énergie et la figure 3 montre à une échelle différente le même conteneur portes ouvertes et dépourvu de sa toiture et de l'une de ses parois latérales pour permettre de voir la disposition intérieure. Le dispositif, figures 1 à 3, est constitué d'un groupe de"trigénération"conteneurisée prête à l'utilisation et livrable par des moyens de transport classiques, par route, par rail par mer ou par voie fluviale, sans nécessiter de convois spéciaux. Le concept est basé sur l'utilisation du matériel électromécanique tropicalisé, simple et donc réparable sur place, accessible à du personnel de maintenance moyennement qualifié. Les inévitables composants électroniques intégrés aux groupes électrogènes, groupes à absorption et régulateurs, seront remplaçables par des éléments prêts à monter livrés avec le conteneur et pré-programmés (EPROM ou équivalent). L'enveloppe manutentionnable est constituée d'un conteneur 1, de préférence d'un type standard de 20 ou 40 pieds, dans lequel sont installés le groupe électrogène 2 et le groupe frigorifique 3 à absorption. Chaque groupe comportera en périphérie : - une entrée gaz ou gazole 4 - une sortie puissance électrique 5, associée ou non à un transformateur élévateur de tension, raccordable au réseau local, par exemple 380 volts triphasé-50 Hz ou tension requise par le distributeur local d'électricité. L'électricité produite pourra ainsi être auto consommée ou renvoyée sur le réseau local de distribution, - une entrée 1 sortie d'eau chaude 6 disponible pour l'utilisateur, - une entrée 1 sortie d'eau glacée 7 disponible pour l'utilisateur, - deux entrées 1 sorties d'eau de refroidissement 8,9 raccordées à deux réfrigérants atmosphériques 10,11 s'installant à l'extérieur du conteneur 1 et branchés respectivement sur les circuits de refroidissement du moteur thermique du groupe électrogène 2 et du groupe frigorifique 3. Les réfrigérants seront raccordés à proximité du conteneur par tuyauteries avec raccords rapides normalisés et précablage électrique. L'ensemble de l'équipement est déterminé et agencé pour pouvoir être logé dans le conteneur 1 standardisé avec tous les conduits et accessoires raccordés, de façon à ce que le groupe puisse être branché et mis en service dès sa livraison sans être sorti du conteneur 1, qu'il soit destiné à une utilisation provisoire ou définitive. Cet équipement est constitué : - du groupe électrogène 2 monté dans un caisson insonorisé - du groupe frigorifique 3 à absorption - de deux échangeurs alimentant les circuits de fourniture d'eau chaude 12, un échangeur eau-eau 13 sur le circuit de refroidissement 14 du moteur thermique et un échangeur gaz-eau 15 branché sur l'échappement de ce moteur dont une partie de l'énergie thermique est convertie selon la demande dans le groupe frigorifique (3) pour produire de l'eau glacée - d'un pot d'échappement catalytique 16 pour le moteur du groupe électrogène - d'une série de pompes sur les différents circuits : pompe refroidissement moteur 17, pompe réfrigérant atmosphérique moteur 18, pompe réfrigérant atmosphérique groupe frigorifique 19, pompe eau chaude 20 et pompe eau glacée 21, les deux dernières pompes étant dimensionnées pour assurer les besoins de l'utilisateur. Le contrôle de la température interne du groupe est assuré par des ventilo-extracteurs 22 de toiture disposés au-dessus de la salle des machines côté moteur thermique du groupe électrogène 2, ainsi que par des portes grillagées 23 du conteneur 1 côté groupe frigorifique 3. Ces portes seront munies d'un équipement filtre et piège à son destinés à la protection du matériel et au respect des normes acoustiques. Dans les régions ou les pays où le gaz naturel est disponible, ce carburant sera utilisé en priorité pour l'alimentation du moteur du groupe électrogène 2. Là où le gaz naturel n'est pas distribué, le concept développé permet d'utiliser du gazole ou fioul domestique, combustibles largement répandus et distribués. Dans ce dernier cas, la mise en place de filtres à particules 24 avant l'échangeur gaz-eau 15 devient nécessaire. Ces filtres font partie des équipements industriels construits en grande série par les motoristes. Un pré-bilan énergétique a été établi avec du matériel disponible industriellement sur le marché. Le développement des groupes de"trigénération" pourra avantageusement reposer sur quatre niveaux de puissance électrique : 135, 250,320 et 400 KVA. Celles-ci correspondent aux besoins d'unités de 50 à 300 lits, par exemple, dans les domaines hôtelier et hospitalier. Ces groupes mobiles de trigénération pourront être couplés suivant un système binaire couvrant une gamme de puissance continue comprise entre 135 et 600 KVA ou plus. La"trigénération"faisant appel à des technologies et des matériels largement éprouvés, l'innovation réside dans l'association de ces différents équipements dans des modules transportables. Les performances sont préalablement validées en atelier. La remise en service sur site est faite par technique"plug & run". Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par des dispositifs similaires. REVENDICATIONS 1 o. Groupe mobile de génération combinée d'électricité, de chaud et de froid, basée sur le concept de la"trigénération"consistant à produire de l'électricité, de la chaleur et du froid au moyen d'une installation unique destinée au secteur des activités industrielle et tertiaires, notamment dans les domaines hospitaliers et hôtelier, ainsi que dans les petites et moyennes industries de l'électronique et de l'agro alimentaire, ou autres, caractérisé par la combinaison d'un groupe électrogène (2) à moteur thermique alimenté en gaz naturel ou en gazole et d'un groupe frigorifique (3) à absorption délivrant de l'eau glacée en récupérant l'énergie calorifique des gaz d'échappement du moteur dudit groupe électrogène, une partie de cette énergie, associée à celle provenant d'un échangeur eau-eau (13) inséré sur le circuit de refroidissement dudit moteur thermique étant convertie en eau chaude, l'ensemble des deux groupes (2,3) en état de fonctionnement et de leurs accessoires étant installé dans un conteneur (1) transportable par route, par rail, par mer ou par voie fluviale. 2 . Groupe mobile selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que l'ensemble de l'équipement est déterminé et agencé pour pouvoir être logé dans le conteneur (1) avec tous les conduits et accessoires raccordés, de façon à ce que ledit groupe puisse être branché et mis en service dès sa livraison sans être sorti dudit conteneur, qu'il soit destiné à une utilisation provisoire ou définitive. 3 . Groupe mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que le conteneur (1) est d'un modèle standardisé de 20 ou 40 pieds pouvant être véhiculé par des moyens de transport classiques, tels que camion, train ou bateau, sans nécessiter de convois spéciaux. 4 . Groupe mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'elle comporte deux réfrigérants atmosphériques (10,11) s'installant à l'extérieur du conteneur (1) et branchés respectivement sur les circuits de refroidissement du moteur thermique du groupe électrogène (2) et du groupe frigorifique (3) par système de raccords rapides normalisés et précablage électrique. 5 . Groupe mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que le moteur thermique du groupe électrogène (2) fonctionne au gaz naturel. 60. Groupe mobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, se caractérisant par le fait que le moteur thermique du groupe électrogène (2) fonctionne au gazole ou au fioul domestique, des filtres à particules (24) étant placés avant l'échangeur gaz-eau (15) alimentant le cicuit de production d'eau chaude. 7 . Groupe mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que matériel électromécanique est de type tropicalisé, simple et donc réparable sur place et accessible à du personnel de maintenance moyennement qualifié. 80. Groupe mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les composants électroniques intégrés aux groupes électrogènes (2), aux groupex à absorption (3) et aux régulateurs, sont remplaçables par des éléments prêts à monter livrés avec le conteneur et pré-programmés (EPROM ou équivalent). 9 . Groupe mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que le contrôle de la température interne est assuré par des ventilo-extracteurs (22) de toiture disposés au-dessus de la salle des machines côté moteur thermique du groupe électrogène (2), ainsi que, côté groupe frigorifique 3, par des portes grillagées (23) du conteneur 1 équipées d'une filtration adéquate et de piège à son. 10 . Groupe mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'il est réalisé suivant une gamme de quatre niveaux de puissance électrique : 135,250, 320 et 400 KVA. 110. Groupe mobile selon la revendication 10, se caractérisant par le fait qu'il peut être couplé suivant un système binaire avec un autre groupe de façon à couvrir une gamme de puissance continue comprise entre 135 et 600 KVA ou plus.