Brevet FR2879854A1 — publié le 20060623

La présente invention concerne une méthode de gestion de la production d'électricité permettant de stocker et de restituer l'énergie électrique. Les centrales nucléaires permettent de produire des quantités importantes d'énergie électrique, (de l'ordre de 1 000 TeraWh/an). Compte tenu du procédé de production d'électricité à partir de l'énergie nucléaire, la puissance de ces centrales est relativement constante dans le temps et n'est que partiellement modulable en fonction de la demande des consommateurs. L'électricité produite par les centrales doit être directement consommée car les surplus d'énergie électrique seraient perdus. Les énergies renouvelables, telles que l'énergie solaire, l'énergie éolienne ou encore l'énergie marée motrice, permettent de produire de l'électricité en évitant l'émission de dioxyde de carbone, gaz dit à "effet de serre". Cependant, ces énergies ne sont disponibles que de manière intermittente. La quantité d'énergie électrique produite à partir des énergies renouvelables est très variable dans le temps et bien souvent ne correspond pas à la demande des consommateurs. Dans ce cas, les surplus d'énergie électrique seraient également perdus. Par ailleurs, les besoins en électricité sont variables dans le temps. On peut notamment noter des pics de demande journaliers en début et en fin de journée, ainsi que les pics de demande d'électricité liés à des événements météorologiques, tempête, coups de froid. Pour répondre à cette demande variable dans le temps, il est nécessaire de disposer des moyens de production d'électricité qui peuvent être commandés pour produire une quantité d'énergie électrique déterminée. La présente invention a pour but de proposer une méthode de contrôle de la production d'électricité qui réponde aux problèmes mentionnés ci-dessus. La méthode propose de stocker les surplus d'énergie électrique produits par une centrale nucléaire ou à partir d'énergie renouvelable et de restituer cette énergie stockée pour répondre expressément aux besoins des consommateurs. De manière générale, la présente invention concerne une méthode de gestion de la production d'énergie électrique. Selon l'invention, on produit de l'énergie électrique et on achemine l'énergie électrique jusqu'aux consommateurs. Lorsque la quantité d'énergie électrique produite est supérieure aux besoins des consommateurs, on dissocie de l'eau en hydrogène et en oxygène par électrolyse en utilisant une partie de la quantité d'énergie électrique excédentaire, et on stocke l'hydrogène produit. Et, lorsque la quantité d'énergie produite est inférieure aux besoins des consommateurs, on convertit une partie de l'hydrogène stockée en énergie électrique en mettant en oeuvre un cycle combiné, et on achemine l'énergie électrique jusqu'au consommateur. Selon l'invention, le cycle combiné peut comporter les étapes suivantes: on brûle l'hydrogène sous pression, - on détend les gaz de combustion à travers une turbine, l'énergie de détente étant transformée en énergie électrique, - on chauffe et on vaporise un fluide par échange de chaleur avec les gaz de combustion détendus, - on détend le fluide vaporisé à travers une autre turbine, l'énergie de 25 détente étant transformée en énergie électrique. En outre, le cycle combiné peut comporter les étapes suivantes: - on condense le fluide vaporisé détendu, et - on pompe et on recycle le fluide condensé. Selon l'invention, les turbines du cycle combiné peuvent entraîner un générateur électrique. Par ailleurs, on peut utiliser une partie de l'oxygène obtenue par électrolyse pour réaliser la combustion de l'hydrogène. Dans la méthode selon l'invention, l'énergie électrique peut être produite à partir des énergies suivantes: l'énergie nucléaire, l'énergie éolienne, l'énergie solaire et l'énergie marée-motrice. La méthode selon l'invention permet notamment de mettre en adéquation la production d'énergie à caractère constant des centrales nucléaires ou à caractère intermittent des énergies renouvelables avec les besoins qui sont variables dans le temps. L'utilisation de l'hydrogène dans un cycle combiné pour produire de l'électricité permet d'obtenir un haut rendement en électricité sans produire de gaz à effet de serre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront clairement à la lecture de la description faite ci-après en se référant à la figure 1. Sur la figure 1, les moyens de productions d'électricité PE fournissent de l'électricité qui est distribuée par le réseau de distribution, représenté par les liaisons 1, 2 et 3, aux consommateurs C. Les moyens de productions d'électricité PE peuvent être une centrale nucléaire, une centrale hydraulique, une centrale thermique, ou un dispositif qui produit de l'électricité à partir d'énergie renouvelable telle que l'énergie éolienne, solaire ou marée motrice. La source d'énergie primaire n'est pas critique et l'électricité peut être produite à partir de plusieurs sources d'énergies primaires. Un distributeur D 1 permet de répartir l'énergie électrique produit par PE vers les consommateurs C ou bien vers le dispositif de conversion d'électricité en hydrogène EH. Lorsque la production d'électricité par PE est supérieure aux besoins des consommateurs C, l'excédant d'électricité est envoyée au dispositif EH par la liaison 4. Le dispositif de conversion EH permet de dissocier l'eau arrivant par le conduit 5 en hydrogène et en oxygène. La dissociation est réalisée par électrolyse de l'eau au moyen de l'énergie électrique arrivant par le conduit 4. Avant l'opération d'hydrolyse, l'eau peut subir un traitement adéquat. L'hydrogène et l'oxygène produits sous forme gazeuse sont respectivement stockés dans les réservoirs R1 et R2. Les réservoirs peuvent être des enceintes qui stockent l'hydrogène et l'oxygène sous pression et/ou sous forme liquide réfrigérée. Dans ces cas, il faut prévoir des moyens pour monter en pression et/ou pour liquéfier l'hydrogène et l'oxygène. Les réservoirs peuvent également être des réservoirs souterrains, par exemple des cavités salines, qui permettent de stocker de grande quantité de gaz. Ainsi, l'excédant d'électricité issue des moyens de productions d'électricité PE peut être stockée sous forme d'hydrogène. Lorsque la demande en électricité n'est plus entièrement satisfaite par les moyens de productions d'électricité PE (par exemple lors des pics journaliers de demande d'électricité), l'hydrogène stocké dans le réservoir R1 est utilisé pour répondre à cette demande en électricité. Pour cela, l'hydrogène du réservoir R1 est envoyé par le conduit 6 dans le cycle combiné CC, représenté dans le cadre en pointillé sur la figure 1, afin de produire de l'énergie électrique. L'hydrogène arrivant par le conduit 6 est introduit sous pression dans la chambre de combustion COMB, avec un comburant sous pression, par exemple de l'air, arrivant par le conduit 8. De l'oxygène provenant du réservoir R2 peut également être introduit dans la chambre de combustion COMB par le conduit 7. Les gaz de combustion issus de la chambre COMB sont détendus à travers la turbine Ti. L'énergie de détente récupérée par la turbine Ti est transformée en électricité par le générateur G. Les gaz détendus issus de la turbine Ti sont envoyés par le conduit 9 dans l'échangeur de chaleur El pour être refroidis. Les gaz refroidis sont évacués par le conduit 10, éventuellement après un traitement adapté pour en éliminer les oxydes d'azote qui peuvent être formés. Dans l'échangeur El, les gaz de combustion chauffent et vaporisent de l'eau. Cette vapeur d'eau est détendue à travers la turbine T2. L'énergie de détente récupérée par la turbine T2 est transformée en électricité par un générateur, par exemple le générateur G entraîné par la turbine Ti. La vapeur basse pression issue de la turbine T2 est refroidie et condensée par le condenseur E2. L'eau liquide issue du condenseur E2 est pompée par la pompe P, puis envoyée par le conduit 11 dans l'échangeur El. L'électricité produite par le générateur G est envoyée par la liaison 12 et le distributeur D2 sur le circuit de distribution de l'électricité, afin d'être acheminée par la liaison 3 jusqu'au consommateur C. Compte tenu, d'une part, de la facilité à produire et à stocker l'hydrogène et, d'autre part, des hauts rendements en production d'électricité (il existe des cycles combinés dont l'efficacité atteint 60 %), l'invention constitue une solution économiquement viable pour réguler et ajuster la quantité d'électricité produite en fonction des besoins des consommateurs. On ne sortira pas du cadre de la présente invention si l'oxygène provenant de l'électrolyse n'est pas réutilisé dans le cycle combiné CC. Il pourra alors être utilisé pour d'autres applications, ou ne pas être stocké au moment de sa production. REVENDICATIONS 1) Méthode de gestion de la production d'énergie électrique, dans laquelle on produit de l'énergie électrique et on achemine l'énergie électrique jusqu'aux consommateurs, dans laquelle, lorsque la quantité d'énergie électrique produite est supérieure aux besoins des consommateurs, on dissocie de l'eau en hydrogène et en oxygène par électrolyse en utilisant une partie de la quantité d'énergie électrique excédentaire, et on stocke l'hydrogène produit, et dans laquelle, lorsque la quantité d'énergie produite est inférieure aux besoins des consommateurs, on convertit une partie de l'hydrogène stockée en énergie électrique en mettant en oeuvre un cycle combiné, et on achemine l'énergie électrique jusqu'au consommateur. 2) Méthode selon la revendication 1, dans laquelle ledit cycle combiné comporte les étapes suivantes: - on brûle l'hydrogène sous pression, - on détend les gaz de combustion à travers une turbine, l'énergie de détente 20 étant transformée en énergie électrique, - on chauffe et on vaporise un fluide par échange de chaleur avec les gaz de combustion détendus, - on détend le fluide vaporisé à travers une autre turbine, l'énergie de détente étant transformée en énergie électrique. 3) Méthode selon la revendication 2, dans laquelle ledit cycle combiné comporte, en outre, les étapes suivantes: - on condense le fluide vaporisé détendu, et - on pompe et on recycle le fluide condensé. 4) Méthode selon l'une des revendications 2 et 3, dans laquelle les turbines du cycle combiné entraîne un générateur électrique. 5) Méthode selon l'une des revendications 2 à 4, dans laquelle on utilise une partie de l'oxygène obtenue par électrolyse pour réaliser la combustion de l'hydrogène. 6) Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'énergie électrique est produite à partir d'au moins une des énergies suivantes: l'énergie nucléaire, l'énergie éolienne, l'énergie solaire et l'énergie marée-motrice.