Brevet FR2999247A1 — publié le 20140613

Le domaine de la présente invention concerne les installations de production d'énergie 5 à partir de l'énergie thermique des mers (ETM). L'objet principal de l'invention est d'augmenter le rendement global d'une centrale ETM. On sait que le rendement de ce type de centrale est très faible, ce qui signifie que, dans ces conditions marines, une grande partie de l'énergie thermique est perdue. On souhaite exploiter un système qui permet de convertir au moins une partie de cette énergie thermique perdue en énergie utile, 10 notamment électrique. En général, une centrale ETM est constitué d'au moins un "échangeur chaud" (échange eau de mer chaude avec la source chaude du cycle moteur) et un "échangeur froid" (échange eau de mer froide avec la source froide du cycle moteur). Ces échangeurs peuvent, dans certains cas, être placés tous les deux en surface sur la plateforme flottante. 15 L'échangeur chaud peut facilement être placé dans l'eau chaude car celle-ci est l'eau de mer de surface qui entoure la plateforme flottante. Dans certains cas, il est proposé de placer l'échangeur froid directement en fond de mer. Dans d'autres cas, on réalise une boucle fermée entre un échangeur froid sur la plateforme et un autre échangeur en fond de mer. Ces deux configurations sont admissibles 20 pour la mise en oeuvre de la présente invention. Ainsi, la présente invention concerne un système de récupération d'énergie comprenant une centrale ETM comprenant une source chaude (EC) plongée en surface de la mer et une source froide (EF) plongée en profondeur dans la mer de façon à exploiter dans la centrale ETM la différence de température entre les deux sources. Le système comporte au moins une hydrolienne (HYD) placée dans le voisinage d'au moins un échangeur d'une desdites source de manière à récupérer l'énergie hydraulique des courants générés par l'échangeur plongés dans la mer. L'hydrolienne peut être disposée au dessus de l'échangeur de la source froide située en 5 profondeur. Au moins un convergent peut être disposé entre l'échangeur et l'hydrolienne. Ledit échangeur peut comporter des conduits orientés dans le sens des courants convectifs. Le convergent peut aussi être partie de l'échangeur de la source froide. 10 La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, nullement limitative, illustrée par les figures ci-après annexées, parmi lesquelles: la figure 1 montre schématiquement un exemple de centrale à partir de l'Energie Thermique des Mers (ETM), 15 la figure 2 illustre un mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure 1, on a représenté très schématiquement une centrale ETM (C-ETM) flottante sur la mer et en communication avec un échangeur EC par un circuit fermé CF1 utilisant un fluide de travail. Ce fluide de travail capte l'énergie thermique de l'eau de mer chaude de surface pour l'utiliser dans la centrale, soit directement dans le circuit de la 20 centrale, soit après échange entre le circuit CF1 et le circuit de la centrale. La source froide EF est disposée en profondeur et est en communication généralement indirecte avec la centrale par un circuit fermé CF2. Le cas de communication indirecte correspond à celui où le fluide du circuit fermé CF2 échange, dans un échangeur de surface, avec le fluide de la centrale. La figure 2 illustre le cas d'un échangeur EF de la source froide en fond de mer. Son rôle est de refroidir le fluide de travail qui circule à l'intérieur de l'échangeur. Ainsi, l'eau de mer circulant sur, à travers, l'échangeur va être réchauffée par rapport à la masse d'eau environnante. Ce chauffage va induire un déplacement de l'eau de mer dû à la convection naturelle. La présente invention exploite le principe développé ici en récupérant l'énergie de ce courant induit par les échanges de chaleur à l'aide d'une hydrolienne HYD. Cette récupération peut être réalisée sur l'échangeur froid et/ou chaud, selon les dispositions. De préférence, l'échangeur doit avoir une conception technologique afin de maximiser la vitesse du courant induit par la convection naturelle. L'échangeur peut-être constitué d'une série de conduits orientés dans le sens du 15 courant. L'hydrolienne HYD peut être placée indifféremment en amont ou en aval de ce courant par rapport à l'échangeur. Un convergent Cvt peut être disposé au dessus de l'échangeur afin d'augmenter la vitesse du courant en concentrant les courants. On peut ainsi augmenter le rendement de 20 l'hydrolienne, ou pour une même récupération diminuer les dimensions de l'hydrolienne. Le convergent peut-être réalisé avec un matériau souple (toile...) Le convergent peut également être un échangeur de chaleur (ou vis versa), c'est-à-dire que le même système peut accélérer l'écoulement et réaliser les échanges thermiques. L'accélération du courant peut être réalisée par un ou plusieurs convergents. Les parois de ces convergents peuvent être construites de façon à refroidir l'écoulement dans ces convergents. Evaluation: Le rendement d'une centrale ETM est de l'ordre de 1 à 3 %. En considérant par exemple, une centrale produisant 10 MW électrique avec un rendement globale de 2%, cette centrale va échanger une puissance thermique P de 500 MW thermique au niveau de ses échangeurs. La capacité thermique Cp de l'eau est de 4180 J/kg.K. En supposant une différence de 10 température AT de 4°C entre l'entrée et la sortie de l'échangeur froid (c'est-à-dire 4°C et 8°C), on obtient une estimation du débit volumique Q d'eau nécessaire d'environ 30 m3/s en utilisant la relation : Q PxCpx AT avec p, la masse volumique de l'eau. 15 On fait l'hypothèse, à présent, que la masse d'eau mise en mouvement par la convection naturelle est la même que celle forcée dans un échangeur classique, soit 30 m3/s. Afin d'estimer la vitesse Uinduite par la convection naturelle, on considère le cas de la convection naturelle le long d'une plaque plane verticale (couche limite laminaire) : 20 U = \14g13(Tp -Te0'),y =.j4 x 9.81x 0.0001x(8- 4)x 20 =0.5 m/s où g est l'accélération gravitationnelle, 13 est le coefficient de dilatation à pression constante, Tp et Teau sont respectivement la température de la plaque et la température de l'eau. Enfin, x est l'abscisse le long de la plaque verticale. Dans le cas présent, on fait l'hypothèse d'une plaque de 20 m de haut. L'estimation du débit Q et de la vitesse U de l'eau mise en mouvement par la convection naturelle permet d'estimer le "rayon" d'un tube de courant dans lequel circulerait cette eau. Connaissant la vitesse et le débit, on peut estimer le rayon R du tube de courant mis en mouvement par : Q =US =UgR2 = Dans un mode de réalisation, on ajoute un convergent afin d'accélérer l'écoulement du courant. On prend l'exemple d'une réduction du rayon d'un facteur 4. Dans ces conditions, on peut estimer la nouvelle vitesse U1 u,,R2 ui4R -4 j =U1= 42U On peut ainsi calculer la puissance mécanique disponible Pm: 15fog) LR u 1.2 MW 2 4 Bien entendu, il faut tenir compte du rendement de l'hydrolienne 60%), des pertes de charges, des pertes électriques,... De plus, il faut tenter d'évaluer cette solution de façon globale, c'est-à-dire en prenant en compte la centrale complète. Toutefois, on constate que l'énergie de récupération mise en jeux est d'un ordre de grandeur significatif 10 %) comparée à la production électrique totale de la centrale. Enfin, en disposant d'hydrolienne sur chaque échangeur, cette puissance peut être doublée. REVENDICATIONS1) Système de récupération d'énergie comprenant une centrale ETM comprenant une source chaude (EC) plongée en surface de la mer et une source froide (EF) plongée en profondeur dans la mer de façon à exploiter dans la centrale ETM la différence de température entre les deux sources, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une hydrolienne (HYD) placée dans le voisinage d'au moins un échangeur d'une desdites source de manière à récupérer l'énergie hydraulique des courants générés par l'échangeur plongés dans la mer. 2) Système selon la revendication 1, dans lequel l'hydrolienne est disposé au dessus de l'échangeur de la source froide située en profondeur. 3) Système selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel au moins un convergent est disposé entre l'échangeur et l'hydrolienne. 4) Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit échangeur comporte des conduits orientés dans le sens des courants convectifs. 5) Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le convergent est aussi partie de l'échangeur de la source froide.