Brevet FR3016930A1 — publié le 20150731

- 1 - SYSTEME DE STOCKAGE ET GENERATION D'ENERGIE ELECTRIQUE POUR MILIEU AQUATIQUE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001]La présente invention concerne un système de stockage et génération d'énergie électrique pour milieu aquatique. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002] De nombreux groupes de travail sont actifs sur les problématiques du 10 stockage de l'énergie. Bien que de nombreuses solutions aient déjà été identifiées ou même mises en oeuvre, aucune des solutions actuelles ne présente une véritable rupture permettant de s'approcher des besoins croissants en énergie. [0003] Les enjeux de l'époque moderne concernent les transports, où il est requis 15 de stocker l'énergie électrique en grande quantité afin de remplacer l'énergie d'origine fossile, à la fois polluante et à durée limitée. Ils concernent aussi la consommation électrique domestique et industrielle, provenant en grande partie de centrales de production d'énergie. Dans ce cas, un des problèmes le plus important à résoudre concerne les périodes de pointes, où la consommation 20 atteint des niveaux très élevés, bien que pour des durées relativement limitées. Toutefois, comme il n'est aujourd'hui pas possible de stocker des quantités d'énergie équivalentes à l'écart entre la consommation moyenne et celle de pointe, les centrales doivent être dimensionnées de façon à satisfaire les besoins des niveaux de consommation les plus élevés. Cela représente des 25 investissements très élevés. On trouve par ailleurs de nombreuses centrales d'appoint prévues pour fonctionner en période de pointe. Ces centrales sont souvent à gaz ou au charbon, et représentent des sources de pollution non négligeables. Si le surplus d'énergie requis pour les périodes de consommation de pointe pouvait être stocké pendant les périodes creuses, cela éviterait la 30 construction de ces centrales d'appoint. Stev_gén_fr - 2 - [0004]La demande de brevet DE 10333513 propose un entraînement à fonctionnement discontinu qui est approprié pour toutes les profondeurs d'eau et peut être chargée une fois avec la quantité d'énergie requise. Une machine de travail destinée à être sous l'eau, en particulier, dans la mer, est équipée d'un dispositif de transmission de puissance. Un corps flottant, placé à l'extrémité libre de la corde, doté d'une sphère de flottaison incompressible fermée peut être chargé avec l'énergie de la flottabilité. Au cours de l'abaissement de l'entraînement, l'énergie potentielle est absorbée par l'intermédiaire du corps flottant à l'arrêt et, après le placement de l'entraînement, ladite énergie peut être convertie en un travail mécanique par une libération contrôlée du mécanisme d'encliquetage. [0005]Le document US 2010109329 décrit un mécanisme coulissant destiné à produire de l'énergie électrique à partir de l'interaction d'un conducteur avec un certain nombre d'éléments magnétiques sur l'ensemble porteur. L'ensemble porteur se déplace sur l'arbre et, en cas de chute, dans une seconde direction grâce à la force gravitationnelle. Il comporte par ailleurs un mécanisme de ralentissement destiné à ralentir le mouvement de l'ensemble flottant, afin de séparer une surface extérieure de l'ensemble porteur du fluide le long d'au moins une partie de la première ou de la deuxième direction. [0006] Le document JPS 569671 décrit un système de conservation et de stockage d'énergie aquatique comprenant un flotteur en appliquant l'action d'une source d'énergie pour couler un flotteur sous l'eau afin de conserver et stocker l'énergie. [0007] Ces trois documents décrivent des systèmes utilisant des flotteurs servant à accumuler de l'énergie potentielle lorsque les flotteurs sont en fond de mer. Ces solutions sont coûteuses et complexes à mettre en oeuvre, en particulier si on souhaite utiliser plusieurs flotteurs qu'il faut accrocher/décrocher en série. Stev_gén_fr - 3 - [0008]Le document WO 2010051630 décrit un système de génération et de stockage d'énergie qui utilise un ballon porteur en suspension dans un fluide et relié par une attache à une bobine. L'attache est tendue et conserve le ballon en hauteur grâce à la poussée d'Archimède. Un moteur permet d'enrouler la bobine de manière à ce que le ballonnet soit tiré vers le bas contre la poussée d'Archimède. L'énergie peut être extraite du système en autorisant le ballonnet à s'élever, en tirant sur l'attache et en tournant la bobine qui est connectée à un générateur. [0009]Ce système, en partie aquatique et en partie au sol, requiert un relief très adapté et ne fonctionne qu'avec un seul flotteur. [0010] Le document DE 102006059233 décrit un dispositif de stockage d'énergie pour la génération d'énergie électrique temporaire. Le procédé consiste à 15 immerger un moyen de stockage d'énergie dans un liquide où le corps a une masse spécifique plus faible que celle du liquide. [0011]La demande de brevet DE 4135440 décrit une installation de production d'énergie terrestre destinée à fournir de l'énergie dans le réseau électrique en vue 20 de couvrir les périodes de pointe de la consommation d'énergie quotidienne. [0012]Ces documents décrivent des solutions lourdes et complexes à mettre en oeuvre, avec des hauteurs efficaces relativement limitées. 25 [00141 existe donc un besoin pour des solutions plus performantes et économiques, respectueuses de l'écosystème. [0014]Pour pallier ces différents inconvénients, l'invention prévoit différents moyens techniques. 30 Stev_gén_fr EXPOSE DE L'INVENTION [0015] Tout d'abord, un premier objet de l'invention consiste à prévoir un système de stockage et génération d'énergie électrique permettant de faire face à des pics 5 de consommation d'énergie électrique en alternance avec une consommation faible. [0016]Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un système de stockage et génération d'énergie électrique en grande quantité. 10 [0017] Encore un autre objet de l'invention consiste à prévoir un système de stockage et génération d'énergie électrique autonome qui fonctionne à la demande en fonction de pics de consommation. 15 [0018] Un autre objet de l'invention consiste à prévoir une solution qui utilise l'espace disponible, de manière la plus écologique possible, et qui est à l'abri des intempéries. [0019]Pour ce faire, l'invention prévoit un système de stockage et génération 20 d'énergie électrique pour milieu aquatique, comportant : une pluralité de poids, chacun pourvu d'un réservoir interne apte à loger sensiblement hermétiquement une quantité donnée d'air et/ou d'eau et d'un moyen de préhension ; un ascenseur-générateur, agencé en coopération avec les poids et disposé 25 pour permettre, en mode générateur, la descente en zone de fond desdits poids, et, en mode moteur, de remonter vers la surface lesdits poids ; un flotteur principal, apte à supporter à la surface la portion supérieur de l'ascenseur-générateur ; un moteur-réversible, coopérant avec l'ascenseur-générateur et permettant, 30 en mode générateur, la production d'énergie électrique grâce à l'action des poids lors de leur descente, et, en mode moteur, l'actionnement de l'ascenseur-générateur pour effectuer une remontée des poids. Stev_gén_fr - 5 - [0020]Selon une telle architecture, l'invention propose une solution à la demande qui permet de gérer les pics de consommation électrique tout comme les périodes plus creuses. [0021]Selon un mode de réalisation avantageux, le système possède un moteur réversible, porté par le flotteur principal, qui coopère avec la portion supérieure de l'ascenseur-générateur. [0022]Selon un autre mode de réalisation avantageux, l'ascenseur-générateur est constitué par un ensemble de poulies actionnant une courroie entre le flotteur principal et le fond. [0023]Selon un autre mode de réalisation avantageux, l'ensemble de poulies comporte une poulie de surface portée par le flotteur principal et une poulie de 15 fond. [0024]Selon un autre mode de réalisation avantageux, la poulie de surface coopère mécaniquement avec le moteur réversible par l'entremise d'une transmission. 20 [0025]Selon un autre mode de réalisation avantageux, l'ascenseur-générateur est constitué par un treuil porté par le flotteur principal, un câble de treuil et au moins un crochet. 25 [0026] De manière avantageuse, le treuil coopère mécaniquement avec le moteur réversible par l'entremise d'une transmission. [0027]Egalement de manière avantageuse, les poids sont de forme sensiblement allongée avec le réservoir agencé principalement vers une des extrémités, un 30 flotteur coopérant avec cette même extrémité. Stev_gén_fr - 6 - [0028]Egalement de manière avantageuse, chacun des poids comporte une commande de gestion des flux fluidiques de la quantité d'air et d'eau du réservoir en coopération fluidique avec l'intérieur du réservoir et l'extérieur du poids. [0029] L'invention prévoit également un procédé de stockage et génération d'énergie électrique pour milieu aquatique, comportant les étapes consistant à : en mode générateur, assurer la descente en zone de fond d'une pluralité de poids à l'aide d'un ascenseur-générateur reliant un flotteur principal sensiblement en surface à une zone de fond, de sorte que la force exercée par les poids permette à l'ascenseur-générateur d'actionner un moteur réversible en mode de production d'énergie électrique ; et en mode moteur, de remonter vers la surface, à l'aide de l'ascenseur-générateur, lesdits poids, le moteur-réversible étant alors en mode moteur et assurant la motricité de l'ascenseur-générateur . DESCRIPTION DES FIGURES [0030]Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par les figures 1 à 3, présentées uniquement à des fins d'exemples non limitatifs, et dans lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique d'un premier exemple de réalisation d'un système de stockage et génération d'énergie en milieu aquatique selon l'invention mis en oeuvre par un système de poulies ; - la figure 2 est une représentation schématique d'un second exemple de réalisation d'un système de stockage et génération d'énergie en milieu aquatique selon l'invention mis en oeuvre par un treuil ; - la figure 3 est une coupe en élévation d'un exemple de poids pour système de stockage et génération d'énergie en milieu aquatique selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION [0031]La figure 1 illustre un premier exemple de réalisation d'un système de stockage de l'énergie électrique pour milieu marin selon l'invention dans lequel l'énergie potentielle est stockée au moyen d'une pluralité de poids 40, qui, lors de Stev_gén_fr - 7 - leur descente vers le fond de l'eau, actionnent un générateur afin de produire de l'énergie électrique. Cette énergie est avantageusement produite lors de périodes de grande consommation d'un réseau principal relié au système de l'invention, afin de soulager le réseau principal de production d'énergie. [0032]Le système comporte avantageusement un grand nombre de poids 40, permettant ainsi de générer de l'énergie de façon répétée (ou continue), de façon durable. [0033] Le système illustré comporte un flotteur principal 10, adapté pour loger, sensiblement en surface du milieu aquatique concerné, un ou plusieurs moteurs réversibles 20. Le flotteur principal 10 sert également de support pour maintenir sensiblement à la surface ou sous la surface de l'eau la portion supérieure d'un ascenseur-générateur 30 décrit ci-après. [0034] L'ascenseur-générateur consiste en un dispositif destiné et déplacer un ou plusieurs poids 40 vers le fond ou vers la surface de l'eau. Une transmission 21 permet de relier l'ascenseur-générateur 30 au moteur réversible 20. Chacun des poids 40 dispose d'un réservoir interne 41 destiné à loger une quantité d'air et/ou d'eau susceptible de compenser ou d'augmenter au moins partiellement la charge du poids, afin soit d'assurer le stockage en position sensiblement en surface de l'eau, ou au contraire pour favoriser la descente vers le fond. [0035] Dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 1, l'ascenseur-générateur comprend un ensemble de poulies assurant le déplacement en rotation d'une courroie 33 ou d'un câble coopérant avec les poulies. Dans cet exemple, une poulie de surface 31 porte la partie haute de l'ascenseur-générateur 30 et une poulie de fond 32 assure le maintien de la courroie vers le fond 60 ou au fond de l'eau. La transmission 21 assure la liaison mécanique entre la poulie de surface 31 et le moteur réversible 20. Stev_gén_fr - 8 - [0036]En mode de production d'énergie électrique, les poids 40 descendent un à un vers le fond 60, guidés par l'ascenceur-générateur 30 qui opère alors en mode générateur. L'énergie produite par le moteur réversible 20 est envoyée par câble à destination d'un site de consommation situé par exemple sur une rive voisine (non montré sur les figures). Lorsque tous les poids 40 sont au fond 60, le système cesse de générer de l'énergie. Lorsqu'une période de sous-consommation d'électricité se présente, l'ascenceur-générateur 30 peut être utilisé en mode moteur, pour remonter les poids 40 vers la surface 50, en position de stockage. L'énergie nécessaire provient d'un site de production relié électriquement au système. Les poids remontés peuvent rester en position de stockage aussi longtemps que nécessaire, jusqu'à une nouvelle période de forte consommation au niveau du réseau principal relié, afin de soulager les centrales de ce réseau pour affronter les périodes de pointes de consommation. [0037]La figure 2 illustre un autre exemple de réalisation d'un système de stockage et génération d'énergie électrique pour milieu aquatique selon l'invention, où l'ascenseur-générateur 30 comprend un treuil 34 prévu au niveau du flotteur principal 10, et relié au moteur-générateur 20 par la transmission 21. Le treuil 34 sert à actionner un câble de treuil 35 pourvu de crochets (deux crochets 36 dans cet exemple). Un flotteur de crochet 37 peut être positionné à proximité du crochet 36 pour favoriser son bon positionnement en regard des moyens de préhension 44 des poids 40, et ainsi faciliter les opérations d'accrochage et décrochage des poids. Des flotteurs 46 de poids, de préférence isochores, sont reliés aux poids par les câbles de poids 45, servant également à relier les poids aux moyens de préhension 44 (sous forme de boucles dans cet exemple). [0038]La figure 3 montre une vue en coupe d'un exemple de poids 40 selon l'invention. Le poids est avantageusement en forme de cylindre ou rectangle allongé, pourvu d'un réservoir 41 en partie haute. Une commande de flux fluidique 42 gère les entrées et/ou sorties de fluides dans le réservoir 41 pour commander les déplacements des poids. La commande 42 laisse entrée une certaine quantité Stev_gén_fr -9 d'eau pour amorcer la descente des poids vers le fond. En remontée, la commande 42 laisse sortir l'eau, pour favoriser la flottaison du poids 40 et son stockage en zone de surface. La commande 42 est commandée soit de façon automatique par le système de stockage et génération et/ou à distance, par un opérateur manuel ou automatique situé à distance. En variante, la descente peut également être amorcée en déplaçant le poids vers le fond. [0039]Un canal d'entrée/sortie 43 de réservoir permet les échanges fluidiques entre le réservoir et l'extérieur. [0040]Dans l'exemple illustré, les poids comportent en plus des volets 47 de rétention d'air, permettant d'éviter les fuites d'air si le réservoir si trouve malencontreusement en position inclinée. [0041] Les Figures et leurs descriptions faites ci-dessus illustrent l'invention plutôt qu'elles ne la limitent. En particulier, l'invention et ses différentes variantes viennent d'être décrites en relation avec un exemple particulier comportant des poids avec un réservoir simple. [0042] Néanmoins, il est évident pour un homme du métier que l'invention peut être étendue à d'autres modes de réalisation dans lesquels en variantes, on prévoit que les réservoirs des poids peuvent comprendre une enveloppe remplie d'air, fermée, souple et élastique, éventuellement en polymère, permettant de maintenir une séparation entre l'eau et l'air, quelle que soit le volume occupé par l'air, et ainsi éviter toute diffusion de l'air dans l'eau afin de maintenir le potentiel flottant du cylindre dans la durée. [0043] Le flotteur supérieur peut être constitué d'un ensemble de flotteurs afin de faciliter le transport et l'assemblage, afin d'avoir une certaine flexibilité dans le dimensionnement (industrialisation) et afin d'accompagner de façon plus souple la forme de la surface de la mer en cas de tempête. Stev_gén_fr -10- [0044]11y a au moins une courroie ou chaîne avec deux poulies afin d'assurer une tension permanente entre les deux poulies mais il peut aussi y avoir plusieurs chaînes ou courroies et plusieurs poulies. [0045]Le moteur peut tenir lieur de générateur et inversement selon le mode de fonctionnement. On peut aussi prévoir deux éléments séparés. [0046]La puissance du dispositif de régulation d'énergie peut être modulée en faisant varier la vitesse de la chaîne/courroie ou en faisant varier le nombre et la 10 masse des poids accrochés. [0047]Les signes de références dans les revendications n'ont aucun caractère limitatif. Les verbes "comprendre" et "comporter" n'excluent pas la présence d'autres éléments que ceux listés dans les revendications. 15 Stev_gén_fr REVENDICATIONS1. Système de stockage et génération d'énergie électrique pour milieu aquatique, comportant : une pluralité de poids (40), chacun pourvu d'un réservoir interne (41) apte à loger sensiblement hermétiquement une quantité donnée d'air et/ou d'eau et d'un moyen de préhension (44) ; un ascenseur-générateur (30), agencé en coopération avec les poids (40) et disposé pour permettre, en mode générateur, la descente en zone de fond (60) desdits poids, et, en mode moteur, de remonter vers la surface (50) lesdits poids ; un flotteur principal (10), apte à supporter à la surface la portion supérieur de l'ascenseur-générateur (30) ; un moteur-réversible (20), coopérant avec l'ascenseur-générateur (30) et permettant, en mode générateur, la production d'énergie électrique grâce à l'action des poids (40) lors de leur descente, et, en mode moteur, l'actionnement de l'ascenseur-générateur pour effectuer une remontée des poids (40). 2. Système de stockage et génération d'énergie électrique pour milieu aquatique selon la revendication 1, dans lequel le moteur réversible (20) est porté par le flotteur principal (10) et coopère avec la portion supérieure de l'ascenseur- générateur (30). 3. Système de stockage et génération d'énergie électrique pour milieu aquatique selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'ascenseur-25 générateur (30) est constitué par un ensemble de poulies (31, 32) actionnant une courroie (33) entre le flotteur principal (10) et le fond (60). 4. Système de stockage et génération d'énergie électrique pour milieu aquatique selon la revendications 3, dans lequel l'ensemble de poulies comporte 30 une poulie de surface (31) portée par le flotteur principal (10) et une poulie de fond (32). Stev_gén_fr-12- 5. Système de stockage et génération d'énergie électrique pour milieu aquatique selon la revendication 4, dans lequel la poulie de surface (31) coopère mécaniquement avec le moteur réversible (20) par l'entremise d'une transmission (21). 6. Système de stockage et génération d'énergie électrique pour milieu aquatique selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'ascenseur-générateur (30) est constitué par un treuil (34) porté par le flotteur principal (10), un câble de treuil (35) et au moins un crochet (36). 7. Système de stockage et génération d'énergie électrique pour milieu aquatique selon la revendication 6, dans lequel le treuil (34) coopère mécaniquement avec le moteur réversible (20) par l'entremise d'une transmission (21). 8. Système de stockage et génération d'énergie électrique pour milieu aquatique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les poids sont de forme sensiblement allongée avec le réservoir (41) agencé principalement vers une des extrémités, un flotteur (46) coopérant avec cette même extrémité. 20 9. Système de stockage et génération d'énergie électrique pour milieu aquatique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chacun des poids comporte une commande de gestion des flux fluidiques (42) de la quantité d'air et d'eau du réservoir (41) en coopération fluidique avec l'intérieur du réservoir 25 et l'extérieur du poids. 10. Procédé de stockage et génération d'énergie électrique pour milieu aquatique, comportant les étapes consistant à : en mode générateur, assurer la descente en zone de fond (60) d'une 30 pluralité de poids (40) à l'aide d'un ascenseur-générateur (30) reliant un flotteur principal (10) sensiblement en surface (50) à une zone de fond (60), de sorte que la force exercée par les poids (40) permette à l'ascenseur-générateur d'actionner Stev_gén_fr 10 15-13- un moteur réversible (20) en mode de production d'énergie électrique ; et - en mode moteur, de remonter vers la surface (50), à l'aide de l'ascenseur- générateur (20), lesdits poids, le moteur-réversible (20) étant alors en mode moteur et assurant la motricité de l'ascenseur-générateur (30). Stev_gén_fr