Brevet FR2975841A1 — publié le 20121130

DISPOSITIF ET PROCEDE DE STOCKAGE DE L'ENERGIE GENEREE PAR UN RESEAU ELECTRIQUE. Description Domaine technique de l'invention. L'invention concerne un dispositif et un procédé de stockage de l'énergie générée par un réseau électrique. Elle se rapporte au domaine technique du stockage d'énergie électrique et plus particulièrement celui des dispositifs et des procédés pneumatiques de stockage de l'énergie. État de la technique. On connait les dispositifs de stockage de l'énergie générée par un réseau électrique comprenant : - un réservoir à l'intérieur duquel est destiné à être stocké un gaz sous pression, - un compresseur configuré pour injecter du gaz à l'intérieur du réservoir pendant les périodes de surproduction du réseau électrique, - une turbine couplée à un alternateur configurée pour produire de l'énergie électrique à partir du gaz sous pression stocké dans le réservoir pendant les périodes de sous-production du réseau électrique. - 2 Cependant, pendant la phase d'introduction du gaz à l'intérieur du réservoir, le gaz s'échauffe en se comprimant et génère alors d'importantes pertes thermiques. Or ces pertes thermiques provoquent une forte diminution du rendement de ce type de dispositif de stockage d'énergie. Face à cet état de fait, l'invention a pour principal objectif de fournir un dispositif de stockage de l'énergie générée par un réseau électrique pour lequel l'échauffement du gaz est fortement diminué et le rendement augmenté. Divulgation de l'invention. La solution proposée par l'invention est un dispositif de stockage de l'énergie générée par un réseau électrique comprenant : 15 - un réservoir à l'intérieur duquel est destiné à être stocké un gaz sous pression, - un compresseur configuré pour injecter du gaz à l'intérieur du réservoir pendant les périodes de surproduction du réseau électrique, - une turbine couplée à un alternateur configurée pour produire de l'énergie 20 électrique à partir du gaz sous pression stocké dans le réservoir pendant les périodes de sous-production du réseau électrique. Ce dispositif de stockage d'énergie est remarquable en ce que le réservoir est immergé dans un liquide, ledit dispositif comprenant un moyen de pressurisation configuré pour maintenir le gaz à l'intérieur dudit réservoir à une 25 pression proportionnelle à la pression exercée par le liquide sur ledit réservoir. Ainsi, l'immersion du réservoir dans un liquide permet de réguler la température du réservoir et donc de limiter l'échauffement du gaz introduit à l'intérieur du réservoir. En outre, le moyen de pressurisation permet de maintenir la pression du gaz à l'intérieur du réservoir constante au cours du temps et ainsi éviter que 30 ledit gaz s'échauffe par détentes puis recompressions successives à l'intérieur dudit réservoir. 10 2975841 -3 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention permettant de maintenir une pression constante du gaz à l'intérieur du réservoir, le moyen de pressurisation comprend une ouverture agencée sur une partie inférieure dudit 5 réservoir et configurée pour permettre la pénétration du liquide à l'intérieur du réservoir, de manière à réduire le volume occupé par ledit gaz à l'intérieur dudit réservoir lorsque la quantité dudit gaz diminue à l'intérieur dudit réservoir de sorte que la pression dudit gaz à l'intérieur dudit réservoir soit maintenue proportionnelle à la pression exercée par ledit liquide sur ledit réservoir. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention permettant de maintenir une pression constante dans le réservoir, le moyen de pressurisation comprend une ou plusieurs parois flexibles étanches équipant le réservoir, lesdites parois étant configurées pour se déformer sous l'effet de la pression du liquide, de manière à réduire le volume occupé par ledit gaz à l'intérieur dudit réservoir lorsque la quantité dudit gaz diminue à l'intérieur dudit réservoir de sorte que la pression dudit gaz à l'intérieur dudit réservoir soit maintenue proportionnelle à la pression exercée par ledit liquide sur ledit réservoir. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention permettant de répartir de façon homogène les efforts de pression exercés sur le réservoir, le réservoir se présente sous la forme d'un dôme rigide ou flexible ouvert sur sa base. Selon une variante de réalisation, le réservoir se présente sous la forme d'une poche étanche. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention permettant l'immersion du réservoir rempli de gaz, le dispositif de stockage d'énergie comprend des liens d'arrimage configurés pour maintenir le réservoir immergé, chaque lien d'arrimage étant fixé à l'une de ses extrémités sur une masse solide immergée et à son autre extrémité sur ledit réservoir. - 4 Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention permettant un maintien en position optimale du réservoir soumis à des courants, les liens d'arrimage sont fixés sur une ou plusieurs parties latérales du réservoir. Un autre aspect de l'invention concerne un procédé de stockage de l'énergie générée par un réseau électrique, dans lequel : - un compresseur injecte un gaz à l'intérieur d'un réservoir immergé dans un liquide pendant les périodes de surproduction du réseau électrique, 10 - un réservoir stocke le gaz sous pression, - un moyen de pressurisation maintient le gaz à l'intérieur du réservoir à une pression proportionnelle à la pression exercée par le liquide sur ledit réservoir, une turbine couplée à un alternateur produit de l'énergie électrique à partir du gaz sous pression stocké dans le réservoir pendant les périodes de sous- 15 production du réseau électrique. Description des figures. 20 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux dessins annexés, réalisés à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un premier exemple de 25 réalisation du dispositif de stockage d'énergie objet de l'invention, - la figure 2 représente schématiquement un deuxième exemple de réalisation du dispositif de stockage d'énergie objet de l'invention. 30 Modes de réalisation de l'invention. 2975841 -5 Le dispositif (1) objet de l'invention permet le stockage de l'énergie générée par un réseau électrique, en particulier le stockage de l'énergie électrique sous forme d'un gaz (2) comprimé. On entend par réseau électrique l'ensemble des infrastructures permettant la génération et le transport de 5 l'énergie électrique. Le gaz (2) généralement employé est de l'air, mais on peut également utiliser d'autres gaz du type dioxyde de carbone, azote, etc. En se rapportant aux figures 1 et 2, le dispositif (1) de stockage d'énergie comprend un réservoir (3) à l'intérieur duquel est destiné à être stocké le gaz (2) sous pression. Le réservoir (3) comporte une ou plusieurs parois hermétiques formant une partie supérieure (31), une ou plusieurs parties latérales (32) et une partie inférieure (33). Le réservoir (3) peut se présenter sous la forme d'un cylindre, d'une sphère, d'un dôme comme schématisé sur les figures 1 et 2, d'un cube, d'un parallélépipède, etc. II peut être réalisé en matière rigide ou flexible du type métal, matière composite, bois, élastomère, etc. Le réservoir (3) peut être obtenu par moulage, assemblage, usinage, formage, etc. II peut comporter un revêtement anticorrosion. Le réservoir (3) peut avoir une contenance de 100 litres à plusieurs centaines de milliers de litres. Le réservoir (3) est immergé dans un liquide (4), par exemple immergé dans un lac, dans la mer, dans l'océan ou dans une fosse remplie d'un liquide. Ce liquide (4) peut être de l'eau, de l'eau salée, de l'huile, ou autres. Le réservoir (3) peut être immergé à une profondeur variant de 1 m à 5000 m de profondeur. Selon un premier mode de réalisation, le dispositif (1) de stockage d'énergie comprend des liens d'arrimage (5) configurés pour maintenir le réservoir (3) immergé. Les liens d'arrimages (5) peuvent se présentent sous la forme de câbles tressés, de chaines de traction, ou autres. Ils peuvent être réalisés en métal, en matière composite, en cordage, ou autres. Les liens 2975841 -6 d'arrimages (5) ont une longueur pouvant varier de 1 m à plusieurs centaines de mètres et une épaisseur pouvant varier de 1 cm à plusieurs dizaines de centimètres. Chaque lien d'arrimage (5) est fixé à l'une de ses extrémités sur une masse solide (6) immergée. En pratique cette masse solide se présente 5 sous la forme de roche, de béton, de masse métallique, ou autre, disposé au fond du lac, au fond de la mer, au fond de l'océan, au fond ou sur les parois de la fosse, etc. Chaque lien d'arrimage (5) peut être fixé sur le fond immergé au moyen de boucles d'arrimage, de crochet d'arrimage, ou autres, ancré dans le fond. Chaque câble d'arrimage (5) est également fixé à son autre extrémité sur 10 le réservoir (3). II peut être fixé sur le réservoir au moyen de boucles d'arrimage, de crochets d'arrimage, ou autres, agencés sur le réservoir (3) et assemblés avec ledit réservoir par soudure, moulage, vissage, rivetage, ou autre. Les liens d'arrimage (5) sont avantageusement fixés sur la ou les parties latérales (32) du réservoir (3), mais peuvent également être fixés sur la partie 15 supérieure (31) et/ou la partie inférieure (33) dudit réservoir. Selon un second mode de réalisation non représenté, le dispositif (1) de stockage d'énergie comprend une structure d'arrimage rigide configurée pour maintenir le réservoir (3) immergé. Cette structure d'arrimage peut comprendre 20 des poutres, des profilés, ou autres, assemblés par soudure, vissage, rivetage, etc. La structure d'arrimage peut avoir une hauteur et/ou une largeur variant de 1 m à plusieurs centaines de mètres. Elle est ancrée à l'une de ses extrémités sur une masse solide (6) immergée du type de celle précédemment décrite. La structure d'arrimage rigide est également fixée sur le réservoir (3) par soudure, 25 vissage, rivetage, ou autre. La structure d'arrimage rigide est avantageusement fixée sur la ou les parties latérales (32) du réservoir (3), mais peut également être fixée sur la partie supérieure (31) et/ou la partie inférieure (33) dudit réservoir. 30 Le dispositif (1) de stockage d'énergie comprend un moyen de pressurisation (7) configuré pour maintenir le gaz à l'intérieur du réservoir (3) à 2975841 -7 une pression égale à la pression exercée par le liquide sur ledit réservoir. La pression exercée sur le réservoir (3) dépend de la profondeur à laquelle ledit réservoir est immergé. Elle peut varier de 1.1 bar à plusieurs centaines de bars. 5 En se rapportant aux figures 1 et 2, le moyen de pressurisation (7) peut comprendre une ouverture agencée sur la partie inférieure (33) du réservoir (3). L'ouverture peut être obtenue par moulage, découpe, cisaillage, etc. Elle peut avoir un profil circulaire, rectangulaire, carré, hexagonal, ou autres, et peut avoir une longueur et une largeur ou un diamètre variant de 10 cm à plusieurs 10 mètres. L'ouverture est configurée pour permettre la pénétration du liquide (4) à l'intérieur du réservoir (3). Ainsi, lorsque la quantité de gaz (2) à l'intérieur du réservoir (3) diminue, du liquide (4) pénètre à l'intérieur dudit réservoir de manière à réduire le volume occupé par ledit gaz à l'intérieur dudit réservoir lorsque la quantité dudit gaz diminue à l'intérieur dudit réservoir de sorte que la 15 pression dudit gaz à l'intérieur dudit réservoir soit maintenue proportionnelle à la pression exercée par ledit liquide sur ledit réservoir. A titre d'exemple de réalisation, le réservoir (3) représenté sur les figures 1 et 2, se présente sous la forme d'un dôme rigide ouvert sur sa base. 20 De manière alternative ou cumulative, le moyen de pressurisation (7) peut comprendre une ou plusieurs parois flexibles étanches équipant le réservoir, lesdites parois étant configurées pour se déformer sous l'effet de la pression du liquide (4). Ainsi, lorsque la quantité de gaz (2) à l'intérieur du réservoir (3) diminue, la ou les parois flexibles se déforment de manière à 25 réduire le volume occupé par ledit gaz à l'intérieur dudit réservoir lorsque la quantité dudit gaz diminue à l'intérieur dudit réservoir de sorte que la pression dudit gaz à l'intérieur dudit réservoir soit maintenue proportionnelle à la pression exercée par ledit liquide sur ledit réservoir. La ou les parois flexibles peuvent être réalisées en élastomère. Elle ou elles peuvent avoir une forme 30 circulaire, rectangulaire, carrée, hexagonale, ou autres, et peuvent avoir une longueur et une largeur ou un diamètre variant de 10 cm à plusieurs mètres et une épaisseur variant de 5 mm à plusieurs dizaines de centimètres. La ou les parois flexibles peuvent être agencées indifféremment sur la partie supérieure (31), sur la ou les parties latérales (32) ou sur la partie inférieure (33) du réservoir (3). En particulier, le réservoir (3) peut se présenter sous la forme d'une poche étanche, ou encore d'un dôme flexible ouvert sur sa base. Le dispositif (1) de stockage d'énergie comprend un compresseur (8) configuré pour injecter du gaz (2) à l'intérieur du réservoir (3). Le compresseur (8) peut être du type compresseur à turbine, à palettes, à vis, à spirales, à lobes, à rotors, à pistons, ou tout autre compresseur convenant à l'homme du métier. Le compresseur (8) est alimenté en électricité par le réseau électrique (9). Il est relié au réservoir par l'intermédiaire d'un ou plusieurs tuyaux (10) en métal, en matière composite, ou autres. De manière à faciliter le remplissage du réservoir (3), le ou les tuyaux (10) débouchent généralement dans la partie inférieure (33) dudit réservoir comme représenté à la figure 2, mais ledit ou lesdits tuyaux peuvent également déboucher dans la partie supérieure (31) dudit réservoir comme schématisé sur la figure 1, ou encore dans une partie latérale (32) dudit réservoir. Ces tuyaux (10) ont une longueur pouvant varier de 1 m à 20 km, un diamètre pouvant varier de 5 cm à 2 m et une épaisseur pouvant varier de 5 mm à 10 cm. Le compresseur (8) est également relié, par l'intermédiaire d'un ou plusieurs tuyaux (11) du type de ceux précédemment décrits, à une réserve de gaz permettant l'alimentation du réservoir (3) en gaz (2). Cette réserve de gaz peut par exemple être l'atmosphère lorsque le gaz (2) est de l'air. En pratique, le compresseur (8) injecte du gaz (2) à l'intérieur du réservoir (3) pendant les périodes de surproduction du réseau électrique (9). Pour ce faire, le dispositif (1) de stockage d'énergie peut être équipé d'un moyen de déclenchement du compresseur du type interrupteur commandé, relai, ou autres, configuré pour déclencher le fonctionnement du compresseur lorsque le réseau électrique surproduit.30 - 9 Le dispositif (1) de stockage d'énergie peut également comprendre une turbine (12) couplée à un alternateur (13) configurée pour produire de l'énergie électrique à partir du gaz (2) sous pression stocké à l'intérieur du réservoir(3). L'alternateur peut être relié au réseau électrique (9) par l'intermédiaire d'un transformateur. La turbine (12) est reliée au réservoir par l'intermédiaire d'un ou plusieurs tuyaux (14) en métal, en matière composite, ou autres. Elle est également reliée, par l'intermédiaire d'un ou plusieurs tuyaux (15) du type de celui précédemment décrit, à la réserve de gaz permettant l'alimentation du réservoir (3) en gaz (2). De manière à permettre le vidage complet du réservoir (3), le ou les tuyaux (15) débouchent dans la partie supérieure (31) dudit réservoir comme représenté sur les figures 1 et 2. En pratique, la turbine (12) et l'alternateur (13) qui y est accouplé sont entrainés en rotation sous l'effet de la détente du gaz (3) sortant du réservoir (3) sous l'effet de la pression à laquelle ledit gaz est soumis, de manière à produire de l'énergie électrique pendant les périodes de sous-production du réseau électrique (9). Pour ce faire, le dispositif (1) de stockage d'énergie peut être équipé d'un moyen de déclenchement de la turbine, du type vanne commandée, configuré pour déclencher la sortie du gaz (2) du réservoir (3) lorsque le réseau électrique (9) sous-produit. En pratique, pour procéder au stockage de l'énergie excédentaire généré par un réseau électrique (9) pendant les périodes de surproduction : - un compresseur (8) injecte un gaz (2) à l'intérieur d'un réservoir (3) immergé dans un liquide (4), - le réservoir (3) stocke le gaz (2) sous pression, - un moyen de pressurisation (7) maintient le gaz (2) à l'intérieur dudit réservoir à une pression proportionnelle à la pression exercée par le liquide (4) sur ledit réservoir. A l'inverse, pour récupérer l'énergie préalablement stockée pendant les périodes de sous-production dudit réseau électrique (9), une turbine (12) 2975841 - 10- couplée à un alternateur (13) produit de l'énergie électrique à partir du gaz (2) sous pression stocké dans le réservoir (3). REVENDICATIONS1. Dispositif de stockage de l'énergie générée par un réseau électrique (9) comprenant : - un réservoir (3) à l'intérieur duquel est destiné à être stocké un gaz (2) sous pression, - un compresseur (8) configuré pour injecter du gaz (2) à l'intérieur du réservoir (3) pendant les périodes de surproduction du réseau électrique (9), - une turbine (12) couplée à un alternateur (13) configurée pour produire de l'énergie électrique à partir du gaz (2) sous pression stocké dans le réservoir (3) pendant les périodes de sous-production du réseau électrique (9), caractérisé en ce que le réservoir (3) est immergé dans un liquide (4), ledit dispositif comprenant un moyen de pressurisation (7) configuré pour maintenir le gaz (2) à l'intérieur dudit réservoir à une pression proportionnelle à la pression exercée par le liquide (4) sur ledit réservoir. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de pressurisation (7) comprend une ouverture agencée sur une partie inférieure (33) dudit réservoir et configurée pour permettre la pénétration du liquide (4) à l'intérieur dudit réservoir, de manière à réduire le volume occupé par ledit gaz à l'intérieur dudit réservoir lorsque la quantité dudit gaz diminue à l'intérieur dudit réservoir de sorte que la pression dudit gaz à l'intérieur dudit réservoir soit maintenue proportionnelle à la pression exercée par ledit liquide sur ledit réservoir. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de pressurisation (7) comprend une ou plusieurs parois-12- flexibles étanches équipant le réservoir (3), lesdites parois étant configurées pour se déformer sous l'effet de la pression du liquide (4) de manière à réduire le volume occupé par le gaz (2) à l'intérieur dudit réservoir lorsque la quantité dudit gaz diminue à l'intérieur dudit réservoir de sorte que la pression dudit gaz à l'intérieur dudit réservoir soit maintenue proportionnelle à la pression exercée par ledit liquide sur ledit réservoir. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédente, dans lequel le réservoir (3) se présente sous la forme d'un dôme rigide ou flexible ouvert sur sa base. 5. Dispositif selon la revendication 3 prise en combinaison avec la revendication 1, dans lequel le réservoir (3) se présente sous le forme d'une poche étanche. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des liens d'arrimage (5) configurés pour maintenir le réservoir (3) immergé, chaque lien d'arrimage (5) étant fixé à l'une de ses extrémités sur une masse solide (6) immergée et à son autre extrémité sur ledit réservoir. 7. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel les liens d'arrimage (5) sont fixés sur une ou plusieurs parties latérales (32) du réservoir (3). 8. Procédé de stockage de l'énergie générée par un réseau électrique (9), dans lequel : - un compresseur (8) injecte un gaz (2) à l'intérieur d'un réservoir (3) immergé dans un liquide (4) pendant les périodes de surproduction du réseau électrique (9), - le réservoir (3) stocke le gaz (2) sous pression, 2975841 -13- - un moyen de pressurisation (7) maintient le gaz (2) à l'intérieur dudit réservoir à une pression proportionnelle à la pression exercée par le liquide (4) sur ledit réservoir, - une turbine (12) couplée à un alternateur (13) produit de l'énergie 5 électrique à partir du gaz (2) sous pression stocké dans le réservoir (3) pendant les périodes de sous-production du réseau électrique (9).