Brevet FR3082597A1 — publié le 20191220

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une installation de rebours à optimisation énergétique. Elle s'applique, en particulier, aux réseaux de transport de gaz pour exporter des excédents de gaz renouvelable d'un réseau de distribution vers un réseau de transport, qui a une capacité de stockage beaucoup plus élevée. ETAT DE LA TECHNIQUE La production de biogaz connaît une forte croissance en Europe et sa valorisation conditionne la création d'une filière de méthanisation pérenne. Dans la suite, le « biométhane définit le gaz produit à partir du biogaz brut issu de la méthanisation anaérobique de déchets organiques (la biomasse) ou par gazéification haute température (suivie d'une synthèse par méthanation) ; épuré et traité de façon à le rendre interchangeable avec du gaz naturel de réseau. Si la méthode de valorisation la plus courante est la production de chaleur et/ou d'électricité, la valorisation sous forme de carburant et l'injection de biométhane dans le réseau de gaz naturel sont aussi en développement. Dans un contexte de fort développement du biométhane, les distributeurs de gaz naturel se trouvent face à des situations de manque d'exutoire. En effet, les consommations des clients domestiques varient en moyenne de 1 à 10 entre l'hiver et l'été sur les distributions publiques. L'injection de biométhane n'est initialement possible que si elle se fait à un débit inférieur au débit minimal relevé pendant les périodes de plus faibles consommations ou si le biométhane est produit au plus proche des consommations. Lorsque la production dépasse les quantités consommées, cela tend à saturer les réseaux de distribution lors des saisons chaudes. Cette situation limite le développement de la filière de production de biométhane par la congestion des réseaux de distribution de gaz naturel. Plusieurs solutions ont été identifiées pour résoudre ce problème : le maillage des réseaux de distribution pour augmenter les capacités de consommation du biométhane produit par la multiplication des consommateurs raccordés, la modulation de la production de biométhane selon les saisons et les besoins de consommation, la micro-liquéfaction 2 et compression pour stocker les productions de biométhane pendant les saisons de faible consommation, le développement d'usages du gaz (pour la mobilité, notamment), ainsi que la réalisation de postes de rebours entre les réseaux de distribution et de transport de gaz naturel. 5 Les installations de rebours sont ainsi une des solutions identifiées pour développer les capacités d'injection de biométhane. Ces installations permettent d'exporter des excédents de biométhane d'un réseau de distribution vers le réseau de transport, en les comprimant et les réinjectant dans ce réseau de transport pour ainsi bénéficier de sa plus grande capacité de stockage de gaz. Ainsi, les producteurs ne 10 devraient plus limiter leurs productions et la rentabilité de leurs projets serait plus facilement assurée. Le poste de rebours est un ouvrage de l'opérateur de transport permettant le transfert de gaz depuis le réseau de distribution vers le réseau de transport disposant d'une grande capacité de stockage, par l'intermédiaire d'une station de compression de gaz. Le poste de rebours peut être localisé soit à proximité 15 du poste de détente, soit à un autre endroit où les réseaux de transport et de distribution se croisent. Les postes de rebours existants présentent l'inconvénient d'avoir des coûts d'investissement et d'exploitation élevés, notamment en termes de consommation électrique. 20 EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. A cet effet, la présente invention vise une installation de rebours à optimisation énergétique comportant : 25 - au moins un compresseur entre un réseau de gaz à une première pression et un réseau de gaz à une deuxième pression supérieure à la première pression, le compresseur étant entraîné par un moteur électrique, - un automate de commande du fonctionnement de chaque compresseur, - au moins un capteur de conformité de qualité du gaz circulant dans le 30 compresseur, - au moins un compteur pour compter un débit de gaz circulant dans le compresseur, - au moins un filtre pour filtrer le gaz circulant dans le compresseur, 3 - un détendeur de gaz pour détendre du gaz initialement à la deuxième pression pour alimenter le réseau de gaz à la première pression et - une génératrice entraînée par le détendeur de gaz. Grâce à ces dispositions, la détente du gaz à la haute pression d'un réseau 5 de transport vers la basse ou moyenne pression d'un réseau de distribution génère de l'électricité qui peut être, ensuite, utilisée pour entraîner le moteur électrique du compresseur. La présente invention optimise ainsi la consommation énergétique d'une installation de rebours associé à un poste de livraison de gaz. Elle utilise l'énergie de 10 détente du poste de livraison de gaz et minimise le coût d'exploitation de l'installation de rebours liée à la consommation énergétique de compression. Dans des modes de réalisation, le compresseur et le détendeur de gaz sont confondus. Grâce à ces dispositions, le coût de fabrication de l'installation de rebours est 15 réduit. Dans des modes de réalisation, la génératrice est constituée du moteur électrique d'au moins un compresseur. Grâce à ces dispositions, le coût de fabrication de l'installation de rebours est réduit. 20 Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte un embrayage entre le détendeur de gaz et la génératrice. Grâce à ces dispositions, si la génératrice est constituée du moteur électrique d'un compresseur, le fonctionnement du compresseur n'entraîne pas le détendeur de gaz. 25 Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte un embrayage entre le moteur du compresseur et le compresseur. Grâce à ces dispositions, si la génératrice est constituée du moteur électrique d'un compresseur, le fonctionnement du détendeur de gaz n'entraîne pas le compresseur. 30 Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte un moyen de mise à l'air du détendeur de gaz. Grâce à ces dispositions, si la génératrice est constituée du moteur électrique d'un compresseur, le fonctionnement du compresseur consomme peu d'énergie au niveau du détendeur de gaz car le détendeur de gaz est alors mis à l'air. 4 Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte un moyen de mise à l'air du compresseur. Grâce à ces dispositions, si la génératrice est constituée du moteur électrique d'un compresseur, le fonctionnement du détendeur de gaz est peu perturbé par le 5 fonctionnement du compresseur qui est alors mis à l'air. Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte, de plus, un détendeur de gaz sans récupération énergétique en parallèle du détendeur de gaz entraînant la génératrice. Dans ces modes de réalisation, on modifie un poste de livraison existant avec vanne de détente et on y ajoute un circuit parallèle pour faire 10 passer le gaz dans un détendeur de gaz entraînant la génératrice. Ces modes de réalisation, permettent de faire coexister deux circuits de gaz, avec la possibilité d'utiliser le poste de détente en fonctionnement classique ou en générateur d'électricité. Dans des modes de réalisation, le compresseur est un compresseur à piston 15 et clapets. Dans des modes de réalisation, le compresseur est un compresseur centrifuge à aubages variables. Grâce à chacune de ces dispositions, le compresseur est réversible en détendeur d'entraînement de la génératrice. 20 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels : 25 la figure 1 représente, sous forme d'un schéma bloc, une installation de rebours connue dans l'art antérieur, la figure 2 représente, sous forme d'un schéma bloc, une installation de rebours objet de l'invention, la figure 3 représente, sous forme d'un schéma bloc, un premier mode de 30 réalisation particulier d'une installation de rebours objet de l'invention, la figure 4 représente, sous forme d'un schéma bloc, un deuxième mode de réalisation particulier d'une installation de rebours objet de l'invention, la figure 5 représente, sous forme d'un schéma bloc, un troisième mode de réalisation particulier d'une installation de rebours objet de l'invention, 5 les figures 6A, 6B et 6C représentent plusieurs phases de fonctionnement d'un compresseur à piston réversible, la figure 7 représente l'ensemble cylindre et piston d'un compresseur à piston réversible dans le cas d'un piston double effets, 5 les figures 8A à 8D représentent le principe de fonctionnement de l'utilisation du compresseur à piston réversible en mode moteur, la figure 9 représente la position d'aubages variables d'un compresseur centrifuge réversible dans sa fonction de récupération d'énergie de détente de gaz, et 10 la figure 10 représente la position des aubages variables du compresseur illustré en figure 9, dans sa fonction compression. DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION La figure 1 représente schématiquement le principe d'une installation de 15 rebours connue dans l'art antérieur. L'installation de rebours dispose d'un ensemble de fonctions techniques permettant de créer un flux de gaz en maîtrisant les conditions d'exploitation propres à un réseaux de transport 10 et à un réseau de distribution 15. Ces fonctions comportent : le traitement et le contrôle 19 de la conformité de la qualité du gaz aux 20 prescriptions techniques de l'opérateur de transport comportant au moins un capteur de constituant du gaz en circulation, le comptage par compteur 20 des quantités transférées, la compression du gaz en provenance du réseau de distribution 15, par au moins un compresseur 21, il s'agit généralement de compresseurs à moteur 25 électrique et à pistons, avec deux ou trois étages de compression, la régulation 24 en pression ou en débit, la filtration par filtre 22, amont et aval, la gestion 18 de la stabilité du fonctionnement du réseau de distribution, les organes de sécurité 26 et 30 les outils de pilotage 24 et de suivi de l'installation de rebours. Ces différentes fonctions sont décrites ci-dessous. Il s'y ajoute des utilités (sources électriques, réseau de communication, etc.) nécessaires à la conduite d'une installation industrielle. L'installation de rebours est dimensionnée en tenant compte : 6 de la pression d'exploitation du réseau de transport 10 et de celle du réseau de distribution 15. La première doit être comprise entre 30 et 60 bars sur le réseau régional et peut atteindre 85 bars sur le réseau principal. La seconde est de l'ordre de 4 à 19 bars sur les réseaux MPC (Réseau Moyenne Pression de type C, 5 soit une pression entre 4 et 25 bars) et inférieure à 4 bars sur les réseaux MPB (Réseau Moyenne Pression de type B, soit une pression entre 50 millibars et 4 bars), de la capacité maximale de production des producteurs de biométhane 17 susceptibles d'injecter du biométhane dans le réseau de distribution 15, capacité qui varie de quelques dizaines de Nm3/h pour les plus petites unités, à plusieurs 10 centaines de Nm3/h pour les plus grosses, de la consommation des consommateurs 16 sur le réseau de distribution 15, notamment la consommation minimale et de la faculté du réseau de distribution 15 à absorber des variations de pression (volume en eau). 15 L'ensemble de ces données permet de déterminer le débit maximal de l'installation de rebours et d'estimer sa durée de fonctionnement. Cette durée peut varier, selon les cas, d'un fonctionnement occasionnel (10 à 15 % du temps) jusqu'à un fonctionnement quasi-permanent. Cet exercice doit aussi intégrer le fait que les installations des producteurs 17 ne sont pas mises en service simultanément mais au 20 fur et à mesure des années. Concernant l'analyse 19 de la conformité du gaz, des écarts existent entre les spécifications de qualité de gaz appliquées aux réseaux de transport 10 et de distribution 15, du fait des différentes pressions d'exploitation, de l'infrastructure, des matériaux, des usages et des interfaces avec les stockages souterrains. Les 25 spécifications des réseaux de transport 10 sont généralement les plus contraignantes que celles des réseaux de distribution 10. Ainsi, pour garantir que l'installation de rebours de gaz du réseau de distribution 15 vers le réseau de transport 10 s'insère dans le fonctionnement opérationnel du réseau de transport 10, les dispositions suivantes sont intégrées dans la fonction de conformité de qualité de gaz 19 : 30 une unité de déshydratation à l'amont de la compression pour réduire les risques de condensation sur le réseau haute pression de transport, de formation d'hydrates et de corrosion, 7 en option, un laboratoire d'analyse des paramètres de combustion (indice de Wobbe, pouvoir calorifique et densité de gaz) pour injecter les injecter les relevés dans le système de détermination des énergies de l'opérateur de transport. A la discrétion de l'opérateur de transport, l'analyse d'autres teneurs de 5 composés (002, H2O, THT, etc.) est optionnelle et n'est réalisée que s'il y a un risque avéré de contamination du réseau de transport 10 (exemple : rebours d'un biométhane avec une forte teneur en CO2 sans possibilité de dilution sur les réseaux de distribution 15 et de transport 10, ou opéré à une pression très élevée). Concernant le comptage de gaz 20, l'installation de rebours est équipée d'une 10 chaîne de comptage constituée d'un compteur et d'un dispositif de détermination de l'énergie local ou régional conformément à la métrologie légale. Concernant la compression de gaz, l'unité de compression permet de comprimer le surplus de production de biométhane à la pression de service du réseau de transport 10. En fonction de critères économiques et de disponibilités de 15 l'installation, plusieurs configurations sont possibles, par exemple un compresseur 21 réalisant 100 % du besoin de rebours maximum, deux compresseurs 21 réalisant chacun 100 % du besoin de rebours maximum ou deux compresseurs 21 réalisant chacun 50 % du besoin de rebours 20 maximum. La configuration est choisie par une étude des différents avantages et inconvénients en termes de coûts, de disponibilité, d'encombrement, et de possibilité d'évolution de l'unité de compression. La pression d'aspiration à considérer est la pression de service du réseau de distribution 15, qui dépend notamment des 25 pressions d'injection des producteurs de biométhane 17. La pression de construction au refoulement à considérer est la pression maximale de service ( REVENDICATIONS1. Installation de rebours (30, 40, 50, 60) à optimisation énergétique comportant : - au moins un compresseur (21, 45, 55, 61) entre un réseau de gaz (15) à une première pression et un réseau de gaz (10) à une deuxième pression supérieure à la première pression, le compresseur étant entraîné par un moteur électrique (46, 52, 62), - un automate (25) de commande du fonctionnement de chaque compresseur, - au moins un capteur (19) de conformité de qualité du gaz circulant dans le compresseur, - au moins un compteur (20) pour compter un débit de gaz circulant dans le compresseur, - au moins un filtre (22) pour filtrer le gaz circulant dans le compresseur et - un détendeur de gaz (41, 51, 61) pour détendre du gaz initialement à la deuxième pression pour alimenter le réseau de gaz à la première pression ; caractérisée en ce qu'elle comporte, de plus : - une génératrice (42, 52, 62) entraînée par le détendeur de gaz. 2. Installation de rebours (30, 60) selon la revendication 1, dans laquelle le compresseur (61) et le détendeur de gaz (61) sont confondus. 3. Installation de rebours (30, 50, 60) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle la génératrice (52, 62) est constituée du moteur électrique d'au moins un compresseur (55, 61). 4. Installation de rebours (30, 40, 50, 60) selon l'une des revendications 1 à 3, qui comporte un embrayage entre le détendeur de gaz (41, 51, 61) et la génératrice (42, 52, 62). 5. Installation de rebours (30, 40, 50, 60) selon l'une des revendications 1 à 4, qui comporte un embrayage entre le moteur (46, 52, 62) du compresseur et le compresseur (21, 45, 55, 61). 19 6. Installation de rebours (30, 40, 50, 60) selon l'une des revendications 1 à 5, qui comporte un moyen de mise à l'air du détendeur de gaz (41, 51, 61). 7. Installation de rebours (30, 40, 50, 60) selon l'une des revendications 1 à 6, qui 5 comporte un moyen de mise à l'air du compresseur (21, 45, 55, 61). 8. Installation de rebours (30, 40, 50, 60) selon l'une des revendications 1 à 7, qui comporte, de plus, un détendeur de gaz (12) sans récupération énergétique en parallèle du détendeur de gaz (41, 51, 61) entraînant la génératrice. 10 9. Installation de rebours (30, 40, 50, 60) selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le compresseur (21, 45, 55, 61) est un compresseur à piston et clapets. 10. Installation de rebours (30, 40, 50, 60) selon l'une des revendications 1 à 8, dans 15 lequel le compresseur (21, 45, 55, 61) est un compresseur centrifuge à aubages variables.