Brevet FR3140419A1 — publié le 20240405

L'invention concerne un dispositif de stockage d'énergie à air comprimé basé sur un réservoir de liquide isolé contenant un compresseur d'air, un réservoir d'air comprimé et un moteur ou une turbine pneumatique. L'appareil utilise l'énergie mécanique d'entrée pour comprimer l'air et la chaleur générée est stockée dans le réservoir de liquide. L'air comprimé alimente un moteur pneumatique qui peut être couplé à un générateur électrique externe. L'énergie thermique stockée pourrait également être utilisée. Il pourrait être utilisé comme stockage d'énergie sur réseau ou hors réseau, ou comme mécanisme de stockage d'énergie à long terme. En outre, une version simplifiée du dispositif pourrait être utilisée comme source de stockage d'énergie de secours. Le dispositif pourrait également accepter et stocker l'énergie thermique fournie par l'utilisation de sources d'énergie renouvelables. Système physique de batterie à air comprimé Contexte de l'invention L'énergie produite par les sources renouvelables primaires est de nature très fluctuante. L'énergie solaire dépend des heures de la journée et du ciel clair, tandis que l'énergie éolienne est par nature intermittente et moins prévisible. Cela a de graves répercussions sur la fiabilité et le coût de l'énergie produite. Le stockage d'énergie par air comprimé (CAES) est déjà testé à grande échelle depuis des décennies, mais son utilisation est restée limitée en raison de la complexité du système ainsi que de la nécessité d'utiliser des cavernes souterraines naturelles appropriées comme réservoirs. Brève description de l'invention L'invention est une "batterie à air comprimé" avec une entrée de puissance mécanique qui pourrait être mécaniquement couplée à n'importe quelle source d'énergie mécanique externe comme le vent ou l'hydroélectricité. La puissance mécanique est utilisée pour comprimer l'air et le forcer à travers un échangeur de chaleur vers un stockage submersible. La majeure partie de la chaleur générée lors de la compression serait stockée dans le liquide environnant. L'air comprimé est utilisé en même temps ou plus tard. L'air comprimé stocké passe dans un échangeur de chaleur lors de la détente, se terminant par un moteur à air submersible. La puissance mécanique créée est utilisée par d'autres appareils pendant que l'air est évacué et l'énergie thermique stockée est utilisée par l'air en expansion. L'ensemble est isolé d'un seul tenant de façon à limiter au maximum les échanges thermiques avec l'extérieur. Pratiquement, l'appareil agit comme une batterie physique qui stocke l'énergie mécanique et thermique d'entrée. Cette batterie pourrait aussi servir uniquement de réserve d'énergie thermique. Un générateur d'électricité pourrait convertir l'énergie mécanique de l'appareil en électricité. L'air comprimé pourrait également être utilisé directement par des dispositifs pneumatiques. Le système pourrait recevoir et stocker de l'énergie thermique de n'importe quelle source, comme l'énergie solaire thermique. Description detaillee de l'invention La description suivante et le dessin annexé décrivent l'invention. On se réfère tout d'abord à la . Un compresseur d'air submersible 1 connecté via un arbre mécanique 2 à l'extérieur du système. Un réservoir d'air comprimé de n'importe quelle forme et matériau 3 serait placé à l'intérieur d'un réservoir de liquide isolé 4. L'air comprimé du compresseur d'air passerait d'un serpentin pour transférer son énergie thermique au liquide 5 environnant. Les réservoirs d'air comprimé pourraient être disposés en plus petits, chacun réglé pour une pression maximale différente. L'air comprimé sortirait du réservoir 3 par une structure similaire à 5 pour assurer un réchauffage maximal lors de la détente de l'air dans un moteur ou turbine à air submersible 6, accessible par l'arbre 7 pour tout usage extérieur. Des systèmes avec un compresseur d'air externe et/ou un moteur/turbine pneumatique sont possibles, mais avec le coût supplémentaire d'une moindre efficacité du système. Le système pourrait avoir un apport de chaleur externe 8 via une structure similaire à 5 pour permettre d'importer de l'énergie thermique au système pour compenser les fuites d'énergie thermique en cas de stockage de longue durée ou pour augmenter le contenu énergétique du système. La même structure pourrait être utilisée pour l'exportation d'énergie thermique du système. L'utilisation d'un module de chauffage de liquide solaire 9 maintiendrait le système chargé et/ou pourrait ajouter de l'énergie supplémentaire au système. Toute autre source de chaleur avec une température suffisante, comme les sources de chaleur résiduelles industrielles, pourrait être utilisée ainsi qu'un moyen de capter et de recycler l'énergie thermique perdue. Le rapport du volume de liquide au volume d'air comprimé serait ajusté de manière à ce que la température du liquide reste dans une plage qui permettrait l'entrée d'énergie thermique à partir de sources extérieures. Limiter les fuites rendrait le système proche d'une situation idéale de «fermeture énergétique», ce qui rend le système proche de la situation de «stockage isotherme». Le réservoir d'air 3 pourrait être divisé en sous-unités avec différentes zones de pression connectées via des régulateurs de pression. Ledit agencement pourrait être utilisé lorsque la puissance d'entrée pourrait avoir de grandes fluctuations. En période de puissance mécanique plus élevée, l'air comprimé serait dirigé vers des zones de pression plus élevées. est un schéma fonctionnel du système Un appareil que nous appelons « batterie physique » est un appareil isolé thermiquement qui peut accumuler de l'énergie thermique et mécanique sous forme d'air comprimé et de liquide chauffé et qui peut fournir l'énergie stockée sous forme de chaleur ou d'énergie mécanique. Ledit dispositif comprend : a) un compresseur d'air b) un moteur ou une turbine à air c) des mécanismes d'échange de chaleur d) un réservoir de liquide e) des réservoirs d'air f) des arbres mécaniques d'entrée et de sortie g) un mécanisme de surveillance et de contrôle de la pression h) un mécanisme de surveillance et de contrôle thermique. Caractérisé en ce que : a) La compression et la dilatation de l'air ont lieu à l'intérieur du récipient de liquide, qui est isolé thermiquement du milieu environnant. b) L'entrée et la sortie d'énergie se font par un ou deux arbres mécaniques. c) La sortie de l'appareil pourrait être convertie en énergie électrique ou pourrait être utilisée directement dans des appareils pneumatiques, ou les deux. d) Le dispositif peut être une source à la fois d'énergie thermique et d'énergie mécanique. Le dispositif selon la revendication 1 pourrait avoir un compresseur d'air/moteur à double action. Dans un tel agencement, un seul arbre mécanique serait utilisé à la fois pour l'entrée et la sortie d'énergie vers/depuis le dispositif. Ledit dispositif pourrait être utilisé pour le stockage d'énergie de secours. Un moteur/générateur CC à double action serait utilisé dans un tel agencement. Le dispositif selon la revendication 1 pourrait avoir un compresseur d'air/moteur à double action. Dans cet agencement, un seul arbre mécanique serait utilisé à la fois pour l'entrée et la sortie d'énergie vers/depuis le dispositif. Ledit dispositif pourrait être utilisé pour le stockage d'énergie de secours. Un moteur/générateur CC à double action serait utilisé dans un tel agencement. Le dispositif selon la revendication 1 pourrait avoir un apport direct ou indirect d'énergie thermique provenant de l'énergie solaire. Un mécanisme de réglage de débit pourrait être ajouté pour contrôler le débit d'air comprimé provenant du dispositif de la revendication 1 pour produire une vitesse constante sur l'arbre de sortie. En ajoutant un mécanisme pour disperser l'énergie thermique accumulée dans l'air, le dispositif de la revendication 1 pourrait également être utilisé pour absorber l'énergie thermique de différents environnements. Le dispositif selon la revendication 1 pourrait être utilisé pour capter l'énergie thermique perdue. L'isolation du réservoir de liquide pourrait également être réalisée par le vide, ce qui pourrait permettre l'absorption directe de l'énergie solaire en faisant passer un espace extérieur en verre et sous vide pour atteindre la partie d'absorption thermique du réservoir de liquide sur le côté supérieur. Ledit dispositif avec le retrait du moteur pneumatique intégré pourrait être utilisé comme dispositif de compresseur d'air à haut rendement. Dans ce cas, la création de réseaux entre appareils similaires et utilisateurs d'énergie pneumatique est possible.