"Procédé et installations pour le stockage et l'utilisation saisonniers des eaux chaudes produites notamment par les centrales
thermiques et nucléaires de production d'électricité"
La présente invention se rapporte à un procédé et à des installations permettant le stockage et l'utilisation saisonniers des eaux chaudes produites notamment par les centrales thermiques et nucléaires de production d'électricité.
La demanderesse a déjà décrit précédemment dans un brevet d'invention, déposé en Belgique N[deg.] 828.�59 en date du 6 Mai 1975 ayant pour titre "Procédé et installations de production de stockage, de modulation et de distribution d'énergie," des
moyens pour utiliser, en particulier pour le chauffage urbain et pour diverses applications industrielles, les énormes quantités
de chaleur actuellement rejetées en pure perte et au détriment de l'écologie par les centrales thermiques et nucléaires de production d'électricité. L'invention faisant l'objet du brevet ci-dessus mentionné permettait en fait de multiplier par un facteur habituellement compris entre 1 et 5 selon les conditions d'emploi et d'implantation les énergies disponibles fournies par des centrales existantes consommant des quantités données de combustible.
La présente invention apporte de nouveaux perfectionnements à de tels types d'installation en permettant de façon particulièrement commode, efficace, économique et rentable, le stockage saisonnier des surplus d'énergie calorifique produits par les centrales plus particulièrement thermiques et nucléaires durant
la saison chaude (entre début Avril et fin Août notamment) et l'utilisation de ces surplus de calories plus particulièrement pendant la saison froide (en particulier entre Octobre et fin Janvier.)
Une installation conforme à l'invention permettant ce stockage saisonnier comprend notamment un réservoir de grande capacité qui se caractérise en ce qu'il est constitué essentiellement d'un bassin de grande surface formé sensiblement au niveau du sol, comprenant des parois de séparation divisant le bassin en plusieurs zones qui communiquent entre-elles, en parallèle et/ou en série, au moins une arrivée d'eau chaude provenant desdites centrales et aboutissant aux réseaux d'utilisation débouchant dans une zone du bassin, et au moins une arrivée d'eau froide d'appoint et/ou de retour des réseaux d'utilisation débouchant en une autre zone dudit bassin. Avantageusement les zones de séparation présentent une très grande longueur par rapport à leur largeur et à leur profondeur- et communiquent entre elles en parallèle et/ou
en série par leurs extrémités longitudinales voisines. Il est ainsi possible, moyennant un minimum de réseaux ou de canalisations et
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des surfaces d'étendue relativement réduites des stockage saisonniers de quantités considérables de chaleur qui pourront être récupérées aux périodes voulues, notamment pour le chauffage des immeubles ainsi que pour d'autres besoins industriels.
Selon une autre caractéristique originale de la présente invention, les bassins précités pour le stockage des eaux chaudes sont remplis d'une structure poreuse résistante mécaniquement telle que graviers et galets. En recouvrant la surface supérieure de ladite structure poreuse desdits bassins d'une couche d'étanchéité, par exemple en béton ou en asphalte, on peut recouvrir ensuite ladite surface de terres arables ce qui pourra permettre la culture, notamment sous serres de plantes diverses en toutes saisons, le chauffage des serres étant assuré par la déperdition, réglée au degré désirable, d'une partie de la chaleur stockée dans les bassins.
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poreuse de galets ou de graviers existe déjà sur place, en particu-lier le long de certaines vallées fluviales.
lorsqu'une telle structure poreuse ne préexiste pas, d'autres réalisations peuvent être avantageusement envisagées.
Ainsi, par exemple le réservoir peut être conçu de sorte que, les zones de stockage auxquelles aboutissent les réseaux de fourniture d'eau chaude des centrales et celles auxquelles aboutissent les arrivées d'eau froide d'appoint et/ou de retour des réseaux d'utilisation sont en contact en étant séparées par au moins une membrane souple déplaçable qui sépare lesdites zones de stockage en au moins un volume de stockage d'eau chaude et au. moins un volume de stockage d'eau froide, lesquels additionnés forment un volume d'eau de stockage sensiblement constant. En opérant de la sorte on peut réaliser dans un bassin des structures économiques le stockage d'eau chaude et d'eau froide dont le volume sensiblement invariable évitera tous les problèmes qui pourraient se poser de stockages saisonniers de grand volume d'eau et de variations du niveau de remplissage des bassins.
Dans ce cas, et selon une réalisation préférée, les zones supérieures de stockage reçoivent un toit isolant au-dessus duquel est formé un plan d'eau ou lac dont ledit toit forme le fond. Ainsi, on réalise de façon économique un lac artificiel dont le plan d'eau pourra être tempéré à volonté et utilisé par exemple pour
la pisciculture, les arts nautiques, etc...
Selon l'invention, on prévoit en outre un procédé de mise
en oeuvre d'un réservoir du type précité dans lequel on utilise pour remplir le volume dudit lac ou plan d'eau une eau de densité et/ou de salinité inférieures à celles desdites eaux chaudes et froides de stockage. Ainsi on réalise automatiquement une stratification allant du bas vers le haut qui est normalement la suivant eau de stockage froide de densité supérieure, eau de stockage chaude de densité intermédiaire, eau du lac froide de densité plus légère. L'eau chaude de stockage est ainsi emprisonnée entre deux couches d'eau relativement froide ou tiède qui évite les déperdition de calories .vers l'atmosphère et vers le sol du fait de la faible conduction de couches d'eau à couches d'eau, lorsque ces couches ne peuvent se mélanger du fait de l'existence d'une membrane de séparation.
Ladite membrane peut être avantageusement constituée par un film ou une couche plastique, par exemple de polyéthylène ou autres, souple, déformable, de faible prix de revient et parfaitement imputrescible.
Dans tous les cas, on prévoit au-dessus du stockage d'eau chaude, salée ou non, un "toit" qui assure une certaine isolation thermique des eaux chaudes stockées vis-à-vis du milieu ambiant extérieur supérieur. Différents modes de réalisation seront décrits. Par "toit" on entendra toute couverture disposée au-dessus du stockage d'eau chaude étant entendu que d'autres éléments, selon les modes de réalisation mis en oeuvre, peuvent venir par dessus cette couverture.
Selon un perfectionnement, objet de l'invention, on constitue la structure du "toit" isolant de façon à permettre non seulement de compenser les pertes de chaleur du réservoir vers le milieu ambiant extérieur mais en outre de fournir au stockage d'eau chaude un complément d'énergie calorifique qui est emprunté au rayonnement lumineux extérieur, c'est-à-dire à l'énergie solaire disponible localement.
Ainsi selon un mode de réalisation, la partie supérieure du réservoir comprend un toit sous lequel est stockée l'eau chaude, lequel toit favorise le passage de la chaleur extérieure due au rayonnement solaire vers le stockage d'eau chaude, et réduit le passage de la chaleur du stockage vers l'extérieur.
Avantageusement le toit comprend à cet effet au moins une couche absorbante du rayonnement lumineux au contact du stockage d'eau chaude, et au moins une couche supérieure laissant passer
la plus grande partie du flux lumineux et réfléchissant la plus grande partie du rayonnement infrarouge réémis par ladite couche absorbante. On obtient ainsi un effet d'absorption et de confinement du type "marmite norvégienne" qui permet en général de compenser les pertes calorifiques du stockage vers le milieu extérieur et même habituellement de fournir un complément d'énergie calorifique en ajoutant ainsi, au stockage saisonnier des calories des eaux chaudes produites par les centrales, un stockage saisonnie'r de la chaleur produite par le rayonnement solaire.
D'autres caractéristiques, objets et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui
va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une courbe illustrant la relation saisonnière entre la production de chaleur rejetée par les centrales thermiques et nucléaires en France et les besoins thermiques saisonniers en particulier pour le chauffage urbain ;
- la figure 2 montre un schéma d'implantation d'une installation conçue selon l'invention permettant le.stockage et l'utilisation saisonniers des surplus de chaleur produits par une centrale ;
- la figure 3 est une vue en coupe faite sensiblement selon le plan III-III de la figure 2 à travers la structure du réservoir
de cette figure conçue selon l'invention ;
- la figure 4 est une vue en coupe longitudinale faite à <EMI ID=3.1> illustré aux figures 2 et 3 ;
- la figure 5 est une vue en coupe transversale montrant schématiquement une structure de terrains rencontrée couramment le long d'un fleuve ;
- la figure 6 montre la structure de terrains de la figure 5 que l'on a utilisée pour constituer un réservoir de stockage conforme à l'invention ;
- la figure 7 montre schématiquement vue de dessus le réservoir constitué selon la figure 6 ;
- la figure 8 est une vue en coupe longitudinale faite sensiblement selon le plan VIII-VIII de la figure 7 ;
- la figure 9 est une vue à plus grande échelle du détail entouré IX dans la figure 8 montrant la constitution du sol audessus du réservoir.
- la figure 10 est une vue schématique en coupe transversale faite à travers un réservoir conçu selon une variante ;
- la figure 11 montre à plus grande échelle un détail des. raccordements à une extrémité, par exemple longitudinale du bassin du réservoir et du réseau de distribution de chaleur à partir du réservoir ;
- les figures 12 et 13 sont des vues en coupe transversale schématiques montrant des réservoirs conçus selon deux autres variantes ;
- la figure 14 montre à plus grande échelle un détail de jonction des réservoirs de stockage d'eau chaude et de stockage d'eau froide avec l'extérieur ainsi qu'un détail d'accrochage du toit d'isolation du stockage ;
- la figure 15 est une vue en coupe transversale d'un réservoir de stockage conçu selon un autre mode de réalisation ; - la figure 16 montre à plus grande échelle le détail entouré XVI à la figure 15 ;
- la figure 17 est une vue en coupe transversale relative à une autre variante de réalisation.
- la figure 18 est une vue schématique en coupe transversale montrant un réservoir du type décrit dans le brevet belge précité ;
- les figures 19 à 22 sont des vues en coupe faites à plus grande échelle au niveau du cercle entouré A dans la figure 18 montrant schématiquement diverses constitutions du toit du réservoir pour la mise en oeuvre des perfectionnements objets de l'invention.
On se reportera tout d'abord à la figure 1 qui permet d'illustrer l'intérêt économique de l'invention. Dans cette figure,
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de production d'électricité qui est de l'ordre de 30 à 35 %), cette quantité de chaleur étant portée en ordonnées en fonction de l'époque de l'année portée en mois en abscisses.
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les besoins thermiques saisonniers, plus particulièrement pour le chauffage urbain.
De la comparaison des deux courbes on s'aperçoit que la production de chaleur perdue par les centrales est supérieure à la demande pendant la saison chaude (en particulier d'Avril à Août) et qu'elle est inférieure à la demande pendant la saison froide (en particulier de Novembre à Février. )
Si donc on utilise le procédé "d'énergie totale" préconisé au brevet belge susmentionné selon lequel on utilise la' chaleur produite par les centrales et non converties en énergie électrique pour chauffer les locaux d'habitation et pour diverses autres applications industrielles (industrie chimique, savonnerie, buanderie, etc...), on constate qu'en périodes chaudes les centrales fournissent un excédent d'énergie qui ne peut être utilisé à
ce moment, tandis qu'en période froide elles n'en fournissent
pas assez.
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la quantité d'énergie en excédent fournie par les centrales en périodes chaudes a une surface sensiblement équivalente aux surfaces additionnées hachurées repérées A2, A3 qui représentent
le supplément de besoin d'énergie sous forme de chaleur en périodes froides que ne peuvent satisfaire Les centrales. En outre on constate que la surface de l'aire A1 = A2 + A3 est de l'ordre de
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ses, c'est-à-dire correspond à 10 % de l'énergie totale libérée par les centrales sous forme de chaleur.
Ainsi, en stockant une part de puissance excédentaire libérée par les centrales en périodes chaudes, on peut diminuer de
plus de 20 % la puissance maximale desdites centrales qui serait
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besoins des aires A2, A3 et faisant passer les besoins de 100 points à moins de 80 points).
L'invention préconise une structure particulière de réservoir et d'installation qui permet ce stockage saisonnier de grande quantité de chaleur et sa réutilisation pratique ultérieure tout
en assurant une valorisation des sites.
On se reportera maintenant au mode de réalisation illustré aux figures 2 à 4.
En faisant tout d'abord référence à la figure 2, on a repéré en 10 une centrale, par exemple thermique qui sert à produire de l'électricité et qui rejette comme sous produit des eaux chaudes à 70-900C par exemple. Les eaux chaudes rejetées par la centrale sont évacuées par une canalisation 11. La canalisation 11 dessert une canalisation 12 vers un réseau 13 d'utilisations schématisées en 14, 15, 16 et 17. A la sortie des utilisations 14-17, les eaux
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des rivières ou recyclées en 19 vers la canalisation 20 d'entrée d'eau froide à la centrale 10. En 21 on a figuré un appoint d'eau froide nécessaire pour compenser les pertes et les rejets.
De façon à permettre la régulation du circuit, on prévoit en
22 un réservoir de grande capacité pour le stockage saisonnier des eaux chaudes, en particulier en périodes d'été, et dans lequel
on puisera pour satisfaire les pointes de la demande, en particulier en périodes d'hiver. En 23 on a figuré la liaison entre la canalisation 11 de sortie des eaux chaudes de la centrale et le réservoir 22 et en 24 la jonction du réservoir 22 avec le circuit d'eau froide 19, 21. Les doubles flèches 25, 26 indiquent qu'il peut y avoir adjonction d'eau chaude dans le réservoir 22 et soutirage corrélatif d'eau froide, ou au contraire soutirage d'eau chaude
et adjonction corrélative d'eau froide.
Comme il apparaît clairement aux figures 2, 3 et 4 le réservoir 22 est un réservoir de grande surface formé sensiblement au niveau du sol 27 comprenant des parois de séparation 28, 29, 30, 31,
32 qui divisent le bassin en plusieurs zones de rétention d'eau
33, 34, 35, 36 qui communiquent entre elles. Dans l'exemple illustré les zones 35-36 communiquent entre elles en série par des liaisons schématisées en 37, 38, 39 par leurs extrémités longitudinales voisines respectivement 33a, 34a ; 34b, 35b ; 35a, 36a.
Selon une réalisation préférée de l'invention le volume du bassin est essentiellement rempli comme on le voit à la figure 4 d'une structure poreuse constituée par des graviers ou des galets
40. En outre, on prévoit avantageusement dans chaque couloir tel
que 33, 34, 35, 36 de distance en distance le long des zones de séparation du bassin des cloisons poreuses ou perforées 41 (figure 4).
Le bassin peut être formé selon tout procédé connu approprié et par exemple selon un procédé voisin de celui employé pour
former des barrages hydrauliques et dits "de terre" tel qu'à SerrePonçon. Dans ce cas il suffira de creuser sur le sol des tranchées qui constitueront les zones 33, 34, 35, 36, les déblais formant
les parois surélevées des couloirs 28, 29, etc. Les parois seront compactées, recouvertes de matière inerte fine telle que du sable
et rendues étanches par des feuilles de matière plastique soudées entre elles. Les couloirs pourront avoir plusieurs centaines de mètres de longueur et quelques dizaines de mètres de largeur et
de profondeur.
Lorsqu'on fait les calculs, on s'aperçoit qu'il suffirait de quelques centaines d'hectares de réservoir ainsi formé pour assurer le stockage saisonnier en France de toutes les quantités d'eaux chaudes produites en surplus par les centrales thermiques et nucléaires en saisons chaudes et la réutilisation de cette chaleur stockée en saisons froides.
L'exploitation de l'installation illustrée à la figure 2
se fait de la façon suivante.
La centrale thermique 10 rejette ses eaux chaudes en sur-plus par la canalisation 11 en direction de la canalisation 12 et du réseau 13 d'utilisation. Si les quantités d'eaux chaudes fournies par la centrale sont supérieures à la demande des utilisateurs,
le surplus d'eaux chaudes est dirigé par la canalisation 23 dans le réservoir 22 à l'entrée 33b du couloir 33. L'eau chaude progresse lentement et régulièrement dans le couloir 33 en repoussant devant elle peu à peu le front de séparation avec les eaux froides, lequel a été supposé situé en 42. l'eau chaude admise dans le réservoir réchauffe les galets et se refroidit donc en progressant, ce qui diminue considérablement la vitesse de déplacement réelle du front 42 de séparation des eaux froides et des eaux chaudes
par rapport à la vitesse de déplacement de l'eau dans le réservoir. En même temps que l'eau chaude est introduite dans le réservoir par la canalisation 23, de l'eau froide est soutirée du réservoir par la canalisation:.24.
Eventuellement pour limiter les pertes de charge on peut prévoir des circuits de retour plus courts des eaux froides tels que schématisés en 43, 44 avec des vannes 45, 46, 47. Ainsi dans
la réalisation de la figure 2 lorsque le front eau chaude - eau froide est situé en 42 on peut fermer les vannes 45, 46 et
ouvrir la vanne 47 en admettant le retour d'eau froide directement entre l'extrémité 34b du couloir 34 et la canalisation 20
de retour by-passant les couloirs 35, 36.
Si les besoins de la demande sont supérieurs au débit fourni par la centrale 10, de l'eau chaude est prélevée dans le
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froide étant injecté à l'autre extrémité du réservoir, ou encore par exemple par la canalisation 44 dans l'exemple illustré. De . façon inverse au phénomène de réchauffement du réservoir ci-dessus décrit, le front 42 d'eau froide progressera beaucoup plus lentement que le débit d'eau froide injecté dans le réservoir, compte tenu du refroidissement progressif des galets.
Ainsi, avec un volume relativement faible d'eau stockée qui peut être ou non recyclé, en totalité ou en partie, on assure un stockage saisonnier de quantités considérables d'énergie dans la masse des galets du bassin.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, et comme il apparaîtra plus clairement lors de la description qui va suivre d'un autre mode de réalisation faite en référence aux figures 5 à 9, on recouvre la structure poreuse en surface d'une couche d'étanchéité, telle notamment qu'une couche de béton ou d'asphalte éventuellement recouverte d'un isolant thermique. Cette surface tempérée en toute saison est propre à recevoir des aires de jeux, des salles de spectacle, des cultures sous serre, etc...
Bien qu'aux figures 2 à 4 on ait décrit une structure de Dassin rectangulaire divisée en plusieurs couloirs longitudinaux juxtaposés, il est bien évident que d'autres formes de bassins, adaptées notamment aux conditions locales pourront être choisies, par exemple circulaire, en ellipse, en spirale, etc... Dans tous les cas on s'arrangera avantageusement pour diviser le bassin en
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On fera maintenant référence aux figures 5 à 9 dans lesquelles on a illustré un procédé particulièrement avantageux de réalisation d'un réservoir conforme à l'invention.
A la figure 5 on a illustré schématiquement une coupe d'une formation assez classique se rencontrant en différents endroits géographiques et dans laquelle on trouve le long d'un fleuve 50 reposant sur une couche de marne ou d'argile imperméable 51 un lit de graviers 52 ayant fréquemment plusieurs mètres d'épaisseur, quelques centaines de mètres de largeur et plusieurs kilomètres de long. En 53 on aperçoit un bord de la vallée constitué de terrains quelconques.
Dans une telle formation, conformément à l'invention on réalise des parois étanches 54, 55, 56, 57, par exemple en béton qui traversent l'épaisseur de la structure poreuse des galets 52, lesdites parois limitant entre-elles des couloirs ou zones de séparation 58, 59, 60. Les parois en béton 54, 55, 57 peuvent être construites selon tout procédé approprié, par exemple par coulée en continu avec un coffrage marchant se déplaçant derrière un soc qui ouvre le lit de galets jusqu'à la couche de marne 51. De cette façon, comme illustré schématiquement à la figure 7 on constitue un réservoir de type général semblable à celui illustré aux figures 2 à 4 comportant des couloirs 58, 59, 60 limités par des couloirs 54-57 et fermés à leur extrémité par des parois 61,
62.
Vers chaque extrémité des couloirs on prévoit avantageusement des cloisons poreuses 58a, 59a, 60a ; 58b, 59b, 60b qui retiennent les galets et laissent à chaque extrémité des couloirs des espaces 64, 65, 66, 67 dans lesquels seront disposées les canalisations de jonction des couloirs et/ou de soutirage et d'adjonction d'eau chaude et d'eau froide.
Dans le réservoir illustré à la figure 7 les canalisations
68, 69 jouent respectivement le rôle par exemple des canalisations
23, 26, les entrées et sorties d'eau chaude se faisant en 68 et les entrées et sorties d'eau froide se faisant en 69.
les jonctions 70, 71 correspondent aux jonctions 37, 38, 39 de la figure 2.
Evidemment plus de trois couloirs peuvent et seront habituellement utilisés, et diverses jonctions (non représentées) permettront l'exploitation en parallèle et/ou en série selon les besoins et selon les implantations locales des diverses zones de séparation du réservoir.
Si désiré, et comme illustré à la figure 8 on pourra former sur le fond du réservoir une couche d'isolation 72, par exemple en mousse plastique injectée qui limitera les pertes de chaleur avec les terrains avoisinants.
Avantageusement on recouvrira en outre la surface du bassin d'une couche étanche par exemple de béton ou d'asphalte 73 qui limitera les évaporations et les pertes de chaleur et sur laquelle on pourra disposer des serres 74 pour la culture forcée de plantes telles que primeurs, arbres exotiques (oranges, etc). Des cultures à ciel ouvert pourront également être envisagées.
Au niveau du sol on disposera avantageusement comme illustré à plus grande échelle à la figure 9 par dessus les galets 60 une épaisseur de béton ou d'asphalte 73, puis une couche d'un isolant thermique approprié 75 (laine de verre, mousse plastique, etc). Par dessus les couches 73, 75, si l'on désire faire des cultures on disposera une couche de terre arable 76 dans laquelle on ménagera avantageusement des canaux de ventilation 77, en particulier pour les périodes chaudes d'été.
Bien entendu de nombreuses variantes peuvent être apportées aux modes de réalisation et de mise en oeuvre décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple.
C'est ainsi en particulier que dans le cas où. la surface des terrains occupée par le stockage d'eau chaude est recouverte de cultures, notamment en serres, le bassin, sera avantageusement divisé en plusieurs zones dans lesquelles les prélèvements et les admissions d'eaux chaudes et d'eaux froides seront effectués cycliquement selon les besoins de la demande, mais en tenant compte des cultures cycliques effectuées en surface dans lesdites zones.
En outre, de façon inverse à ce qui a été décrit, on peut stocker dans le réservoir en période d'hiver de l'eau froide, c'est-à-dire celle qui est injectée simultanément aux soutirages d'eau chaude, et utiliser l'eau froide en période d'été comme réfrigérant pour des condenseurs, des machines frigorifiques, des machines thermiques, le conditionnement des locaux etc... Eventuellement des stockages à températures inférieures à 0[deg.]C peuvent
être faits en utilisant au lieu d'eau d'autres solutions appropriées, telles que des saumures, etc...
Selon le mode de réalisation illustré schématiquement à la figure 10, on aperçoit en coupe transversale un bassin 100 qui est creusé comme une tranchée dans des terrains 101, les déblais servant à constituer les digues latérales de retenue 102, 103.
On peut donner évidemment à un tel bassin toute longueur désirée
de façon à correspondre aux quantités d'eau que l'on veut stocker, et plusieurs bassins de ce type peuvent être reliés en parallèle et/ou en série en étant implantés selon les conditions locales favorables.
Dans ce bassin on a enfermé le volume de stockage 104 d'eau chaude à l'intérieur d'une poche dont la membrane 105 est déplaçable et déformable, par exemple constituée par une feuille de plastique genre polyvinyle, polyéthylène, etc...
<EMI ID=12.1> enfermé dans une poche dont la membrane 107 peut être formée de manière analogue à la membrane 105. Il est avantageux que, comme illustré, le volume de stockage de l'eau chaude 104 soit situe au-dessus du volume d'eau froide de stockage 106, de façon que les eaux chaudes plus légères surmontent naturellement les eaux froides plus lourdes.
Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, les deux volumes d'eau de stockage 104, 106 sont surmontés par un volume d'eau 108 qui sera habituellement ouvert à l'atmosphère et qui forme ainsi un plan d'eau ou lac artificiel. De façon à limiter les échanges de chaleur entre la poche chaude
104 et le volume d'eau 108 on ménagera avantageusement au-dessus des volumes d'eau de stockage un toit isolant 109 par exemple constitué par une mousse plastique.
Selon une caractéristique originale et intéressante de l'invention, de façon à obtenir une stratification normale des eaux stockées, on utilisera pour les eaux de stockage 104, 106 des eaux de densité et/ou de salinité supérieures à celles de l'eau 108. Par exemple on pourra utiliser pour former le plan d'eau 108 de l'eau douce, et des eaux salées, par exemple des eaux de mer ou chargées de sels de potasse, de la baryte, etc... pour l'eau de stockage 104, 106. Par exemple, on pourra ainsi trouver au-dessus
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de 1 ,013.
Comme illustré à la figure 11, un tel bassin est exploité de la façon suivante.
Lorsqu'= besoin extérieur de chaleur apparaît, par exemple pour chauffer des immeubles, on pompe par un conduit 110 et une pompe 111 de .1 'eau chaude du volume de stockage 104 à travers un échangeur de chaleur 112, le retour d'eau de stockage froide
se faisant par le conduit de retour 113 dans le volume de stockage
106 d'eau froide. En 114, 115 on a schématisé respectivement l'arrivée ou retour 114 des eaux froides du réseau et en 115 le départ des eaux chaudes vers le réseau de distribution ou d'utilisation (chauffage central des immeubles notamment).
un constate que de ce fait au fur et à mesure que le volume d'eau chaude stocké 104 diminue, le volume d'eau froide stocké 106 augmente d'autant, le réservoir de stockage fonctionnant, aux pertes et aux variations de dilatation près à volume constant.
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être utilisé, en inversant le sens de circulation de la pompe 111 pour, lorsque la production thermique des centrales est supérieure à la demande, utiliser la chaleur des eaux chaudes rejetée par les centrales pour échauffer les eaux froides de stockage 106 et les envoyer réchauffées dans le volume de stockage 104.
Selon la variante de réalisation illustrée à la figure 12, le volume d'eau froide de stockage 106 est enfermé entre deux membranes souples déforc?bles, déplaçables 120, 121 qui sont réunies, par exemple soudées et ancrées sur leurs tranches 122, 123 à un toit souple d'isolation 124. le volume d'eau chaude de stockage
104 est enfermé entre la membrane 121 et la membrane 124. Au-dessus du toit 124 on retrouve le volume d'eau 108 du plan d'eau. A la différence de structure près, l'installation illustrée à la figure 12 peut fonctionner de façon, semblable à celle illustrée aux figures 10 et 11.
Selon la variante de réalisation illustrée à la figure 13, on enferme cette fois le volume 104 d' eau chaude de stockage entre un toit isolant 125 constitué par exemple par une couche imperméable d'une mousse plastique et une membrane souple déformable 126 formant des soufflets sur le côté et convenablement ancrés comme illustré en 127, 128, 129, 130 sur les bords du bassin 100. L'ancrage peut
se faire par points ou selon des arêtes.
L'eau froide de stockage 106 est stockée sous le toit 125
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108. Selon les conditions d�exploitation la poche 104 se déforme. On a ainsi montré en 126' une autre position de la membrane 126 pour laquelle le réservoir contient moins d'eau chaude et plus d'eau froide de stockage.
A la figure 14 on aperçoit une autre variante de réalisation dans laquelle le volume d'eau chaude de stockage 104 est enfermé dans une poche formée par une membrane 130 qui est protégée à la partie supérieure par un toit isolant 131 qui repose sur elle.
Le volume 106 d'eau froide de stockage baigne la poche 104 qui automatiquement surnage à la partie supérieure du fait que la densité de l'eau chaude de stockage est plus légère que celle de l'eau froide de stockage. Au-dessus du toit 131 on retrouve le plan d'eau
108. De façon à assurer une bonne séparation du volume 106, 108
et permettre les mouvements de dilatation du toit 131 on réalise l'étanchéité du toit 131 et sa liaison sur les bords du bassin au
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réunie au toit 131. Une retombée 134, par exemple en béton protège la feuille souple 132 relativement fragile contre des actions ex-térieures qui pourraient la déchirer.
En 135, 136 on aperçoit les conduits d'exploitation du stockage lesquels remplissent des fonctions analogues aux conduits
110, 113 de la figure 11 .
Selon la variante de réalisation illustrée à la figure 15, le volume d'eau chaude de stockage 104 est divisé en plusieurs
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fermés dans une membrane en forme de boudin 140, 141, 142, 143
qui pourra faire toute la longueur du bassin. Les poches 104', 104", etc... sont baignées et nagent à la surface du volume 106 inférieur du bassin réservé aux eaux froides de stockage. Dans l'exemple illustré le volume 106 est rendu étanche par une membrane souple 144. Au- dessus des eaux de stockage est avantageusement prévu un toit isolant de protection 145 qui forme fond du lac artificiel rempli du. volume d'eau supérieur 108.
Dans le cas où le lac est destiné à servir par exemple aux sports nautiques, il sera avantageux de constituer un toit de protection 145 suffisamment résistant pour qu'on ne risque pas d'endommager la partie inférieure du bassin contenant les eaux de
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toit 145 au moyen d'une feuille d'étanchéité 146 qui peut venir recouvrir la feuille 144 du volume 106, et sur laquelle feuille 146
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blocs 147 de béton cellulaire. Pour supporter le poids du toit on peut soumettre le volume inférieur de stockage du bassin ,comme illustré à la figure 15, à une légère surpression d'eau en reliant par exemple le volume 106 par un conduit 148 à uno petite réserve
149 dans laquelle on maintiendra un niveau d'eau 160 déterminé situé à la hauteur désirée!!.. 'au-dessus du plan d'eau 150 du lao.
Cette légère surpression permettra de supporter très facilement le poids du toit, quelle que soit sa nature.
Selon la variante de réalisation de la figure 17, on retrouve les trois volumes d'eau superposés de stockage d'eau froide
106, de stockage d'eau chaude 104 et d'eau du lac 108 avec un toit de protection 151 qui peut être par exemple de constitution analogue à celle du toit 145. Dans ce cas, comme à la figure 15 on ménagera une légère surpression h pour supporter le poids du toit de protection 151.
Le volume 104 des eaux chaudes et le volume 106 des eaux froides peuvent être séparés par une membrane souple déformable et/ou déplaçable 152 qui peut être accrochée d'endroit en endroit par des suspentes 153 au toit 151. Bien entendu l'exploitation des réservoirs peut se faire de la même façon dans les modes de réalisation qui viennent d'être décrits et dans celui qui a été expliqué à l'occasion de la description des figures 10 et 11 par exemple.
Selon le mode de réalisation illustré à la figure 18, on retrouve une structure qui a été déjà décrite en relation avec la figure 12. On y voit ainsi une membrane 124 qui forme le toit re- <EMI ID=20.1>
la membrane 121 et le toit 124-. Sous le stockage d'eau chaude 104 on aperçoit le stockage d'eau froide 106 enfermé entre la membrane
121 et une membrane 120, le stockage comportant des volumes relatifs plus ou moins grands d'eau chaude 104 et d'eau froide 106 selon la saison. Au-dessus du toit 124 est formé un plan d'eau
108 enfermé dans une cuvette de terrain 101.
Les perfectionnements relatifs à la réalisation du. "toit" qui vont être décrits maintenant s'appliquent très bien à ce genre de réservoir mais également aux autres réalisations de réservoir décrites dans les autres figures.
On se reportera maintenant à la figure 19 illustrant une manière de réaliser le toit conformément à ces perfectionnements.
Selon le mode de réalisation illustré ici la membrane du toit 124 est constituée d'un sandwich de trois couches, à savoir une couche 201 supérieure qui laisse passer la plus grande partie du flux lumineux, une couche transparente 202 à faible coefficient de conductibilité thermique et une couche 203 qui absorbe la plus grande partie du rayonnement lumineux reçu.
Par exemple la couche 201 peut être constituée par une feuille de plastique transparent tel que caoutchouc butyle transparent ou toute matière synthétique appropriée telle que par exemple un film de polyester, une résine de téréphtalate de polyéthylène
<EMI ID=21.1>
couche 202 peut être constituée par une mousse synthétique transparente à faible conductibilité thermique. La couche 203 peut être constituée par exemple par un caoutchouc butyle chargé en carbone noir.
Le flux lumineux, par exemple le rayonnement solaire schématisé par la flèche 204 après avoir traversé la couche d'eau supérieure 108 traverse le film transparent 201, puis ;-la couche transparente 202 et est finalement absorbé par la couche absorbante 203. Le rayonnement infrarouge réémis par la couche 203 est réfléchi par
<EMI ID=22.1>
sorte que l'apport de chaleur pax le rayonnement solaire permettra en général de compenser largement les pertes calorifiques du. stockage d'eau chaude vers l'extérieur. Evidemment le rendement n'est pas parfait, une certaine partie du rayonnement solaire 204 est réfléchie par la couche d'eau 108 et également par les couches
201 et 202. En outre toute la chaleur absorbée au niveau de la couche 203 n'est pas utilisée pour chauffer le stockage d'eau chaude 104. Cependant avec une telle constitution du toit du. réservoir, et sans dépense complémentaire on améliore le rendement d'ensemble de l'installatzon. A titre d'exemple la feuille 201 peut avoir une épaisseur de l'ordre du mm, la couche 202 peut avoir une épaisseur de l'ordre de 25 mm et la feuille 203 peut avoir une épaisseur de l'ordre de 2 mm.
Selon la variante de réalisation illustrée à la figure 20, on utilise pour constituer le toit 124 une membrane composite constituée par un sandwich formé des films 201 et 203 par exemple identiques à ceux de la figure 19 qui enferment entre eux un gaz ou un fluide 205 qui joue le r8le de la couche 202. Des entretoises telles que des tiges ou fils 206 convenablement fixés aux
<EMI ID=23.1>
feuilles.
La nature du ga2 ou du fluide 205 utilisé est choisie de
façon à être compatible avec une bonne conservation des feuilles
201 et 203 et également de façon à favoriser. le passage de l'énergie calorifique sous forme lumineuse de l'extérieur vers le réservoir et à réduire le passage en direction inverse du réservoir
vers l'extérieur de la chaleur par rayonnement et conduction.
Selon une variante on peut utiliser comme fluide 205, par exemple de l'eau qui pourra former une couche tampon à température intermédiaire entre la couche d'eau chaude 104 et la couche d'eau froide supérieure 108 réduisant les émissions calorifiques du ré- servoir vers l'extérieur. Eventuellement cette couche d'eau chaude
<EMI ID=24.1>
stockage en réglant les débits d'apport et de mélange selon, la température atteinte par la couche 205 selon les conditions extérieures du moment. Evidemment la pression du fluide ou du gaz 205 est maintenue à la valeur voulue pour réaliser le bon écartement entre les feuilles 201 et 203. Le gaz peut être par exemple de l'air ou de L'azote introduit sous une pression convenable, par exemple inférieure à la pression atmosphérique, de façon à améliorer l'isoLation de la membrane composite. Dans ce cas notamment, la couche inférieure 203 et/ou la couche supérieure 201 peuvent
<EMI ID=25.1>
201a brillante pour bénéficier de l'effet DEWER.
Selon la variante de réalisation illustrée à la figure 21 les feuilles 201 et 203 enferment entre elles une couche 207 constituée par une mousse plastique cellulaire à cellules orientées présentant leurs surfaces de plus grande dimension sensiblement horizontalement. Cette mousse sera choisie de préférence transparente ou notablement translucide, de sorte que le rayonnement lumineux extérieur pourra la traverser facilement, tandis que l'orientation, des cellules réduira l'émission de chaleur par rayonnement et par conduction du stockage.-vers l'extérieur.
Selon le mode de réalisation illustré à la figure 22 le toit 124 séparant l'eau froide 108 des eaux chaudes 104 comprend essentiellement une couche absorbante 208 du rayonnement lumineux extérieur, par exemple constituée par une couche d'hydrocarbure lourd. Cette couche d'hydrocarbure peut être disposée sur un film étanche 209, par exemple d'une façon analogue à ce qui a été décrit précédemment notamment en relation de la description des figures
15 et 16.
En choisissant la couche 208 suffisamment épaisse, elle pourra à la fois réaliser un rôle de protection mécanique du toi.t du réservoir et un rôle d'accumulation de la chaleur solaire
<EMI ID=26.1>
de chaleur du stockage vers l'extérieur. En outre la couche 208 favorisera une certaine élévation de la température de l'eau froide 108, ce qui peut être favorable pour l'élevage des poissons ou la réalisation de piscines.
Bien évidemment les modes d'application qui viennent d'être décrits des perfectionnements à la réalisation du toit peuvent être appliqués à la plupart des modes de réalisation décrits. L'essentiel consiste à constituer le toit du stockage de façon
qu' il favorise le passage de la chaleur extérieure due au rayonnement solaire vers le stockage d'eau chaude et qu'il réduise
le passage de la chaleur du stockage vers l'extérieur.
1. Réservoir de grande capacité pour le stockage saisonnier des eaux chaudes produites notamment par les centrales thermiques et nucléaires de production d'électricité et leur utilisation saisonnière en particulier pour le chauffage des immeubles, ledit réservoir étant caractérisé en ce qu'il est constitué essentiellement d'un bassin de grande surface formé sensiblement au niveau du sol, comprenant des parois de séparation divisant le bassin
en plusieurs zones qui communiquent entre-elles en parallèle et/ou
<EMI ID=27.1>
centrales et aboutissant aux réseaux d'utilisation débouchant dans une zone du bassin et au moins une arrivée d'eau froide d'appoint et/ou de retour des réseaux d'utilisation débouchant en une autre zone dudit bassin.
"Process and installations for the seasonal storage and use of hot water produced in particular by power plants
thermal and nuclear power generation "
The present invention relates to a method and to installations allowing the seasonal storage and use of hot water produced in particular by thermal and nuclear power plants for producing electricity.
The Applicant has already described previously in an invention patent, filed in Belgium N [deg.] 828. � 59 dated May 6, 1975 entitled "Process and production facilities for storage, modulation and energy distribution, "
means for using, in particular for district heating and for various industrial applications, the enormous quantities
of heat currently rejected in vain and to the detriment of the environment by thermal and nuclear power plants. The invention which is the subject of the above-mentioned patent in fact made it possible to multiply by a factor usually between 1 and 5 depending on the conditions of use and location of the available energies supplied by existing plants consuming given quantities of combustible.
The present invention brings new improvements to such types of installation by allowing, in a particularly convenient, efficient, economical and profitable manner, the seasonal storage of surplus heat energy produced by power plants, more particularly thermal and nuclear, during
the hot season (between the beginning of April and the end of August in particular) and the use of these surplus calories more particularly during the cold season (in particular between October and the end of January.)
An installation according to the invention allowing this seasonal storage comprises in particular a large capacity tank which is characterized in that it consists essentially of a large-area basin formed substantially at ground level, comprising separation walls dividing the basin in several zones which communicate with each other, in parallel and / or in series, at least one hot water inlet coming from said plants and ending in the user networks opening into one area of the basin, and at least one hot water inlet make-up and / or return cold water from the user networks opening into another zone of said basin. Advantageously, the separation zones have a very great length in relation to their width and their depth - and communicate with each other in parallel and / or
in series by their neighboring longitudinal ends. It is thus possible, with a minimum of networks or pipes and
<EMI ID = 1.1>
relatively small surface areas seasonal storage of considerable quantities of heat which can be recovered at the desired periods, in particular for heating buildings as well as for other industrial needs.
According to another original feature of the present invention, the aforementioned basins for storing hot water are filled with a mechanically resistant porous structure such as gravel and pebbles. By covering the upper surface of said porous structure of said basins with a waterproofing layer, for example of concrete or asphalt, said surface can then be covered with arable land which may allow cultivation, in particular in greenhouses, of various plants. all seasons, the greenhouses are heated by the loss, adjusted to the desired degree, of part of the heat stored in the basins.
<EMI ID = 2.1>
porous pebbles or gravel already exists on site, in particular along certain river valleys.
when such a porous structure does not exist, other embodiments can be advantageously envisaged.
Thus, for example, the reservoir can be designed so that, the storage areas to which the hot water supply networks of the power plants end and those to which the make-up and / or return cold water supply networks lead. 'use are in contact by being separated by at least one movable flexible membrane which separates said storage areas into at least one hot water storage volume and. minus one cold water storage volume, which added together form a substantially constant storage water volume. By operating in this way, it is possible to carry out in a basin of economic structures the storage of hot and cold water, the substantially invariable volume of which will avoid all the problems that could arise from seasonal storage of large volumes of water and variations. the filling level of the basins.
In this case, and according to a preferred embodiment, the upper storage zones receive an insulating roof above which a body of water or lake is formed, said roof of which forms the bottom. Thus, an artificial lake is economically produced, the body of which can be tempered at will and used for example for
fish farming, nautical arts, etc ...
According to the invention, there is also provided a method of setting
implementation of a reservoir of the aforementioned type in which, to fill the volume of said lake or body of water, water with a density and / or salinity lower than those of said hot and cold storage water is used. Thus a stratification going from the bottom to the top is automatically carried out which is normally the following cold storage water of higher density, hot storage water of intermediate density, cold lake water of lighter density. The hot storage water is thus trapped between two layers of relatively cold or lukewarm water which avoids the loss of calories towards the atmosphere and towards the ground due to the weak conduction of layers of water to layers of water , when these layers cannot mix due to the existence of a separation membrane.
Said membrane may advantageously consist of a film or a plastic layer, for example of polyethylene or others, flexible, deformable, inexpensive and perfectly rot-proof.
In all cases, a "roof" is provided above the hot water storage, salted or not, which provides a certain thermal insulation of the stored hot water from the upper external ambient environment. Different embodiments will be described. The term “roof” will be understood to mean any cover arranged above the hot water storage, it being understood that other elements, depending on the embodiments implemented, can come over this cover.
According to an improvement, object of the invention, the structure of the insulating "roof" is formed so as to make it possible not only to compensate for the heat losses from the tank to the external ambient environment but also to provide the hot water storage with a additional heat energy which is borrowed from external light radiation, that is to say from solar energy available locally.
Thus according to one embodiment, the upper part of the tank comprises a roof under which the hot water is stored, which roof promotes the passage of external heat due to solar radiation towards the hot water storage, and reduces the passage of heat. heat from storage to the outside.
Advantageously, the roof comprises for this purpose at least one absorbent layer of light radiation in contact with the hot water storage, and at least one upper layer allowing
most of the luminous flux and reflecting most of the infrared radiation re-emitted by said absorbent layer. An absorption and confinement effect of the "Norwegian cooking pot" type is thus obtained which generally makes it possible to compensate for the heat losses from storage to the external environment and even usually to provide additional heat energy by thus adding to the seasonal storage calories from hot water produced by power plants, seasonal storage of heat produced by solar radiation.
Other characteristics, objects and advantages of the invention will emerge more clearly with the aid of the description which
will follow with reference to the accompanying drawings in which:
- Figure 1 is a curve illustrating the seasonal relationship between the heat production rejected by thermal and nuclear power plants in France and the seasonal thermal needs in particular for district heating;
- Figure 2 shows a layout diagram of an installation designed according to the invention allowing the seasonal storage and use of excess heat produced by a power plant;
- Figure 3 is a sectional view taken substantially along the plane III-III of Figure 2 through the structure of the tank
of this figure designed according to the invention;
- Figure 4 is a longitudinal sectional view taken at <EMI ID = 3.1> illustrated in Figures 2 and 3;
- Figure 5 is a cross-sectional view schematically showing a land structure commonly encountered along a river;
- Figure 6 shows the land structure of Figure 5 which was used to constitute a storage tank according to the invention;
- Figure 7 shows schematically a top view of the tank formed according to Figure 6;
- Figure 8 is a longitudinal sectional view taken substantially along the plane VIII-VIII of Figure 7;
- Figure 9 is a view on a larger scale of the detail circled IX in Figure 8 showing the constitution of the soil above the tank.
- Figure 10 is a schematic cross-sectional view taken through a tank designed according to a variant;
- Figure 11 shows on a larger scale a detail of. connections at one end, for example longitudinal of the basin of the reservoir and of the heat distribution network from the reservoir;
- Figures 12 and 13 are schematic cross-sectional views showing tanks designed according to two other variants;
FIG. 14 shows on a larger scale a detail of the junction of the hot water storage and cold water storage tanks with the outside as well as a detail of the attachment of the insulation roof of the storage;
FIG. 15 is a cross-sectional view of a storage tank designed according to another embodiment; - Figure 16 shows on a larger scale the detail circled XVI in Figure 15;
- Figure 17 is a cross-sectional view relating to another variant embodiment.
- Figure 18 is a schematic cross-sectional view showing a tank of the type described in the aforementioned Belgian patent;
- Figures 19 to 22 are sectional views taken on a larger scale at the level of the circle surrounded A in Figure 18 schematically showing various constructions of the roof of the tank for the implementation of the improvements which are the subject of the invention.
Reference will firstly be made to FIG. 1, which illustrates the economic interest of the invention. In this figure,
<EMI ID = 4.1>
of electricity production which is of the order of 30 to 35%), this quantity of heat being plotted on the ordinate according to the time of the year plotted in months on the abscissa.
<EMI ID = 5.1>
seasonal thermal needs, more particularly for district heating.
From the comparison of the two curves we can see that the production of waste heat by the power plants is greater than the demand during the hot season (in particular from April to August) and that it is lower than the demand during the cold season. (especially from November to February.)
If therefore we use the "total energy" method recommended in the aforementioned Belgian patent according to which we use the heat produced by power plants and not converted into electrical energy to heat the living quarters and for various other industrial applications (chemical industry , soap, laundry, etc ...), we see that in hot periods the power stations provide a surplus of energy that can not be used at
this moment, while in cold weather they do not provide
not enough.
<EMI ID = 6.1>
the quantity of excess energy supplied by the power plants in hot periods has a surface area substantially equivalent to the added hatched areas marked A2, A3 which represent
the additional need for energy in the form of heat in cold periods that the power plants cannot meet. In addition, it can be seen that the area of area A1 = A2 + A3 is of the order of
<EMI ID = 7.1>
ses, that is to say corresponds to 10% of the total energy released by power plants in the form of heat.
Thus, by storing a part of the excess power released by the power plants during hot periods, we can reduce by
more than 20% the maximum power of the said plants which would be
<EMI ID = 8.1>
needs of areas A2, A3 and reducing the needs from 100 points to less than 80 points).
The invention recommends a particular structure of tank and installation which allows this seasonal storage of a large quantity of heat and its subsequent practical reuse while
by ensuring site development.
Reference will now be made to the embodiment illustrated in FIGS. 2 to 4.
By first referring to Figure 2, 10 has been identified a power plant, for example thermal which is used to produce electricity and which rejects as by-product hot water at 70-900C for example. The hot water discharged by the power station is evacuated by a pipe 11. The pipe 11 serves a pipe 12 to a network 13 of uses schematized in 14, 15, 16 and 17. At the outlet of uses 14-17, the water
<EMI ID = 9.1>
rivers or recycled in 19 to the pipe 20 cold water inlet to the power plant 10. In 21 there is shown a cold water makeup necessary to compensate for losses and discharges.
In order to allow the regulation of the circuit, provision is made in
22 a large capacity tank for the seasonal storage of hot water, in particular in summer periods, and in which
we will draw water to meet peaks in demand, especially in winter. 23 shows the connection between the hot water outlet pipe 11 of the power plant and the tank 22 and 24 the junction of the tank 22 with the cold water circuit 19, 21. The double arrows 25, 26 indicate that 'there may be addition of hot water in the tank 22 and correlative withdrawal of cold water, or on the contrary hot water withdrawal
and correlative addition of cold water.
As can be seen clearly in FIGS. 2, 3 and 4, the reservoir 22 is a reservoir with a large surface area formed substantially at ground level 27 comprising partition walls 28, 29, 30, 31,
32 which divide the basin into several water retention zones
33, 34, 35, 36 which communicate with each other. In the example illustrated, the zones 35-36 communicate with each other in series by links shown schematically at 37, 38, 39 by their neighboring longitudinal ends 33a, 34a respectively; 34b, 35b; 35a, 36a.
According to a preferred embodiment of the invention, the volume of the basin is essentially filled, as can be seen in FIG. 4, with a porous structure formed by gravel or pebbles.
40. In addition, it is advantageously provided in each corridor such
as 33, 34, 35, 36 from distance to distance along the separation zones of the basin from the porous or perforated partitions 41 (Figure 4).
The basin can be formed according to any suitable known process and for example according to a process similar to that used for
form hydraulic and so-called "earth" dams such as at SerrePonçon. In this case, it will suffice to dig trenches on the ground which will constitute zones 33, 34, 35, 36, the cuttings forming
the raised walls of the corridors 28, 29, etc. The walls will be compacted, covered with fine inert material such as sand
and sealed by plastic sheets welded together. The corridors may be several hundred meters long and a few tens of meters wide and
depth.
When we do the calculations, we see that a few hundred hectares of reservoir thus formed would suffice to ensure the seasonal storage in France of all the quantities of hot water produced in surplus by thermal and nuclear power plants in warm seasons and the reuse of this stored heat in cold seasons.
The operation of the installation illustrated in figure 2
is done as follows.
The thermal power station 10 rejects its hot water in addition through the pipe 11 in the direction of the pipe 12 and the network 13 of use. If the quantities of hot water supplied by the plant are greater than user demand,
the surplus of hot water is directed by the pipe 23 in the tank 22 at the entrance 33b of the corridor 33. The hot water progresses slowly and regularly in the corridor 33 by pushing back in front of it little by little the separation front with the cold water, which was assumed to be located at 42. the hot water admitted into the tank heats the pebbles and therefore cools as it progresses, which considerably decreases the actual speed of movement of the front 42 separating the cold water and the hot water
relative to the speed of movement of the water in the tank. At the same time as the hot water is introduced into the tank via line 23, cold water is withdrawn from the tank via line:. 24.
Optionally, to limit the pressure drops, shorter return circuits for cold water can be provided, as shown diagrammatically at 43, 44 with valves 45, 46, 47. Thus in
the embodiment of Figure 2 when the hot water - cold water front is located at 42, the valves 45, 46 and
open the valve 47 admitting the return of cold water directly between the end 34b of the corridor 34 and the pipe 20
back by passing corridors 35, 36.
If the demand needs are greater than the flow supplied by the unit 10, hot water is taken from the
<EMI ID = 10.1>
cold being injected at the other end of the reservoir, or else for example via line 44 in the example illustrated. From. Conversely to the phenomenon of heating of the reservoir described above, the cold water front 42 will progress much more slowly than the flow of cold water injected into the reservoir, taking into account the progressive cooling of the rollers.
Thus, with a relatively small volume of stored water which may or may not be recycled, in whole or in part, a seasonal storage of considerable quantities of energy is ensured in the mass of the pebbles in the basin.
According to another advantageous characteristic of the invention, and as will appear more clearly during the following description of another embodiment given with reference to FIGS. 5 to 9, the porous structure is covered at the surface with a layer waterproofing, such as in particular a layer of concrete or asphalt possibly covered with a thermal insulation. This temperate surface in all seasons is suitable for receiving play areas, performance halls, greenhouse crops, etc.
Although in Figures 2 to 4 we have described a rectangular Dassin structure divided into several juxtaposed longitudinal corridors, it is obvious that other forms of basins, adapted in particular to local conditions can be chosen, for example circular, elliptical , in a spiral, etc ... In all cases, an advantageous arrangement will be made to divide the basin into
<EMI ID = 11.1>
Reference will now be made to FIGS. 5 to 9 in which a particularly advantageous method for producing a reservoir according to the invention has been illustrated.
In Figure 5 there is schematically illustrated a section of a fairly conventional formation meeting in different geographical locations and in which one finds along a river 50 resting on a layer of marl or impermeable clay 51 a bed of gravel 52 frequently several meters thick, a few hundred meters wide and several kilometers long. In 53 we see an edge of the valley made up of random terrain.
In such a formation, in accordance with the invention, sealed walls 54, 55, 56, 57 are produced, for example made of concrete which pass through the thickness of the porous structure of the rollers 52, said walls limiting between them corridors or zones separation 58, 59, 60. The concrete walls 54, 55, 57 can be constructed by any suitable method, for example by continuous casting with a walking formwork moving behind a share which opens the bed of pebbles up to the layer of marl 51. In this way, as illustrated diagrammatically in FIG. 7, a general type tank is formed similar to that illustrated in FIGS. 2 to 4 comprising lanes 58, 59, 60 limited by lanes 54-57 and closed to their end by walls 61,
62.
Towards each end of the corridors are advantageously provided porous partitions 58a, 59a, 60a; 58b, 59b, 60b which retain the rollers and leave at each end of the corridors spaces 64, 65, 66, 67 in which will be arranged the connecting pipes of the corridors and / or withdrawal and addition of hot water and 'Cold water.
In the tank illustrated in figure 7 the pipes
68, 69 respectively play the role of pipes
23, 26, the hot water inlets and outlets being made at 68 and the cold water inlets and outlets being made at 69.
the junctions 70, 71 correspond to the junctions 37, 38, 39 of FIG. 2.
Obviously more than three lanes can and will usually be used, and various junctions (not shown) will allow the operation in parallel and / or in series according to the needs and according to the local implantations of the various zones of separation of the reservoir.
If desired, and as illustrated in FIG. 8, an insulating layer 72 can be formed on the bottom of the tank, for example of injected plastic foam which will limit heat loss with the neighboring grounds.
Advantageously, the surface of the basin will also be covered with a waterproof layer, for example of concrete or asphalt 73 which will limit evaporation and heat loss and on which greenhouses 74 can be placed for the forced cultivation of plants such as early vegetables. , exotic trees (oranges, etc.). Open-air cultivation may also be considered.
At ground level, as shown on a larger scale in FIG. 9, a thickness of concrete or asphalt 73 will advantageously be placed over the rollers 60, then a layer of an appropriate thermal insulation 75 (glass wool, plastic foam, etc). On top of the layers 73, 75, if it is desired to grow crops, a layer of topsoil 76 will be placed in which ventilation channels 77 will advantageously be provided, in particular for hot summer periods.
Of course, many variants can be made to the embodiments and implementation described which have been given only by way of example.
This is especially so in the case where. the surface of the land occupied by the storage of hot water is covered with crops, in particular in greenhouses, the basin, will be advantageously divided into several zones in which the samples and the admissions of hot and cold water will be carried out cyclically according to the needs of demand, but taking into account the cyclical crops grown on the surface in said areas.
In addition, in reverse to what has been described, it is possible to store cold water in the reservoir during the winter period, that is to say that which is injected simultaneously with the hot water withdrawals, and use cold water in summer as a refrigerant for condensers, refrigeration machines, thermal machines, air conditioning, etc. Possibly storage at temperatures below 0 [deg.] C can
be made using other suitable solutions instead of water, such as brines, etc.
According to the embodiment illustrated schematically in FIG. 10, there is seen in cross section a basin 100 which is dug like a trench in land 101, the cuttings serving to constitute the lateral retaining dikes 102, 103.
We can obviously give such a basin any desired length
so as to correspond to the quantities of water that one wishes to store, and several basins of this type can be connected in parallel and / or in series by being installed according to favorable local conditions.
In this basin is enclosed the storage volume 104 of hot water inside a pocket whose membrane 105 is movable and deformable, for example constituted by a sheet of plastic such as polyvinyl, polyethylene, etc ...
<EMI ID = 12.1> enclosed in a pocket, the membrane 107 of which can be formed analogously to the membrane 105. It is advantageous that, as illustrated, the hot water storage volume 104 is located above the volume cold storage water 106, so that the lighter warm water naturally overcomes the heavier cold water.
According to a particularly advantageous characteristic of the invention, the two storage water volumes 104, 106 are surmounted by a water volume 108 which will usually be open to the atmosphere and which thus forms a body of water or an artificial lake. . In order to limit the heat exchange between the hot pocket
104 and the volume of water 108, an insulating roof 109 will advantageously be arranged above the volumes of storage water, for example consisting of a plastic foam.
According to an original and interesting characteristic of the invention, in order to obtain a normal stratification of the stored water, use will be made for the storage water 104, 106 of water with a density and / or salinity greater than those of water 108. For example, fresh water, and salt water, for example sea water or water loaded with potash salts, barite, etc., can be used to form the water body 108. storage 104, 106. For example, we can thus find above
<EMI ID = 13.1>
of 1.013.
As illustrated in FIG. 11, such a basin is operated as follows.
When an external heat requirement arises, for example to heat buildings, hot water from the storage volume 104 is pumped through a duct 110 and a pump 111 through a heat exchanger 112, the water return. cold storage
taking place through the return duct 113 in the storage volume
106 cold water. In 114, 115, respectively, the arrival or return 114 of cold water from the network and in 115 the departure of hot water to the distribution or use network (central heating of buildings in particular) have been shown schematically.
one notes that therefore as the volume of hot water stored 104 decreases, the volume of cold water stored 106 increases accordingly, the storage tank operating, with losses and variations in expansion close to constant volume.
<EMI ID = 14.1>
be used, by reversing the direction of circulation of the pump 111 for, when the thermal production of the power stations is greater than the demand, use the heat of the hot water rejected by the power stations to heat the cold storage water 106 and send them heated to the storage volume 104.
According to the variant embodiment illustrated in FIG. 12, the volume of cold storage water 106 is enclosed between two flexible flexible membranes, movable 120, 121 which are joined, for example welded and anchored on their edges 122, 123 to a flexible insulating roof 124. the volume of hot water storage
104 is enclosed between the membrane 121 and the membrane 124. Above the roof 124 there is the volume of water 108 of the body of water. With the difference of structure, the installation illustrated in figure 12 can operate in a similar way to that illustrated in figures 10 and 11.
According to the variant embodiment illustrated in FIG. 13, this time the volume 104 of hot storage water is enclosed between an insulating roof 125 consisting for example of an impermeable layer of plastic foam and a deformable flexible membrane 126 forming bellows. on the side and suitably anchored as illustrated at 127, 128, 129, 130 on the edges of the basin 100. The anchoring can
be done by points or along edges.
Cold storage water 106 is stored under the roof 125
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108. Depending on the operating conditions, bag 104 deforms. Another position of the membrane 126 has thus been shown at 126 ′ for which the reservoir contains less hot water and more cold storage water.
In FIG. 14 we can see another variant embodiment in which the volume of hot storage water 104 is enclosed in a pocket formed by a membrane 130 which is protected at the upper part by an insulating roof 131 which rests on it.
The volume 106 of cold storage water bathes the bag 104 which automatically floats at the top because the density of the hot storage water is lighter than that of the cold storage water. Above the roof 131 we find the lake
108. In order to ensure a good separation of the volume 106, 108
and allow the expansion movements of the roof 131, the waterproofing of the roof 131 and its connection to the edges of the basin at the
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joined to the roof 131. A fallout 134, for example made of concrete, protects the flexible sheet 132 relatively fragile against external actions which could tear it.
In 135, 136 we see the storage operating conduits which fulfill functions similar to the conduits
110, 113 of figure 11.
According to the variant embodiment illustrated in FIG. 15, the volume of hot storage water 104 is divided into several
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closed in a sausage-shaped membrane 140, 141, 142, 143
which can run the length of the pool. The pockets 104 ', 104 ", etc ... are bathed and swim on the surface of the lower volume 106 of the basin reserved for cold storage water. In the example illustrated, the volume 106 is sealed by a flexible membrane 144. Au - Above the storage water is advantageously provided an insulating protective roof 145 which forms the bottom of the artificial lake filled with the upper volume of water 108.
In the case where the lake is intended to be used, for example, for water sports, it will be advantageous to constitute a protective roof 145 sufficiently resistant so that there is no risk of damaging the lower part of the basin containing the water of
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roof 145 by means of a sealing sheet 146 which can come to cover the sheet 144 of the volume 106, and on which sheet 146
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blocks 147 of cellular concrete. To support the weight of the roof, the lower storage volume of the basin can be subjected, as illustrated in figure 15, to a slight overpressure of water by connecting for example the volume 106 by a pipe 148 to a small reserve
149 in which we maintain a determined water level 160 located at the desired height !! .. 'above the water level 150 of the lao.
This slight overpressure will easily support the weight of the roof, whatever its nature.
According to the embodiment of FIG. 17, there are three superimposed volumes of water for storing cold water
106, for storing hot water 104 and water from the lake 108 with a protective roof 151 which may for example be of similar construction to that of the roof 145. In this case, as in FIG. 15, a slight overpressure will be provided. h to support the weight of the protective roof 151.
The volume 104 of hot water and the volume 106 of cold water can be separated by a flexible deformable and / or movable membrane 152 which can be hung from place to place by hangers 153 on the roof 151. Of course the operation of the reservoirs can be done in the same way in the embodiments which have just been described and in that which was explained on the occasion of the description of FIGS. 10 and 11 for example.
According to the embodiment illustrated in FIG. 18, there is a structure which has already been described in relation to FIG. 12. There is thus seen a membrane 124 which forms the roof re- <EMI ID = 20.1>
the membrane 121 and the roof 124-. Under the hot water storage 104 we see the cold water storage 106 enclosed between the membrane
121 and a membrane 120, the storage comprising more or less large relative volumes of hot water 104 and cold water 106 depending on the season. Above the roof 124 is formed a body of water
108 locked in a bowl of land 101.
Improvements relating to the realization of. “roof” which will now be described apply very well to this type of tank but also to the other tank embodiments described in the other figures.
Reference will now be made to FIG. 19 illustrating one way of producing the roof in accordance with these improvements.
According to the embodiment illustrated here, the roof membrane 124 consists of a sandwich of three layers, namely an upper layer 201 which allows most of the light flux to pass, a transparent layer 202 with a low coefficient of thermal conductivity and a layer 203 which absorbs most of the light radiation received.
For example, the layer 201 may consist of a transparent plastic sheet such as transparent butyl rubber or any suitable synthetic material such as, for example, a polyester film, a polyethylene terephthalate resin.
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layer 202 may consist of a transparent synthetic foam with low thermal conductivity. The layer 203 can be constituted, for example, by a butyl rubber loaded with black carbon.
The luminous flux, for example the solar radiation shown schematically by the arrow 204 after having crossed the upper water layer 108 passes through the transparent film 201, then; the transparent layer 202 and is finally absorbed by the absorbent layer 203. The infrared radiation re-emitted by the layer 203 is reflected by
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so that the heat input by solar radiation will generally largely compensate for the heat losses of the. hot water storage to the outside. Obviously the performance is not perfect, a certain part of the solar radiation 204 is reflected by the water layer 108 and also by the layers
201 and 202. Furthermore all the heat absorbed at the level of the layer 203 is not used to heat the hot water storage 104. However with such a constitution of the roof of the. tank, and without additional expense we improve the overall performance of the installatzon. By way of example, the sheet 201 may have a thickness of the order of 1 mm, the layer 202 may have a thickness of the order of 25 mm and the sheet 203 may have a thickness of the order of 2 mm.
According to the variant embodiment illustrated in FIG. 20, a composite membrane consisting of a sandwich formed of films 201 and 203, for example identical to those of FIG. 19, which enclose between them a gas or a fluid 205, is used to constitute the roof 124. which plays the r8le of the layer 202. Spacers such as rods or wires 206 suitably attached to the
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leaves.
The nature of the ga2 or of the fluid 205 used is chosen from
so as to be compatible with good conservation of the leaves
201 and 203 and also so as to promote. the passage of heat energy in the form of light from the outside to the tank and to reduce the passage in the reverse direction of the tank
heat outward by radiation and conduction.
According to a variant, it is possible to use as fluid 205, for example water which can form a buffer layer at an intermediate temperature between the hot water layer 104 and the upper cold water layer 108 reducing the heat emissions from the tank. outwards. Possibly this layer of hot water
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storage by adjusting the feed and mixing flow rates according to the temperature reached by the layer 205 according to the external conditions at the time. Obviously the pressure of the fluid or the gas 205 is maintained at the desired value to achieve the correct spacing between the sheets 201 and 203. The gas can be for example air or nitrogen introduced under a suitable pressure, for example lower than atmospheric pressure, so as to improve the insulation of the composite membrane. In this case in particular, the lower layer 203 and / or the upper layer 201 may
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201a brilliant to benefit from the DEWER effect.
According to the variant embodiment illustrated in FIG. 21, the sheets 201 and 203 enclose between them a layer 207 constituted by a cellular plastic foam with oriented cells having their larger surfaces substantially horizontally. This foam will preferably be chosen transparent or notably translucent, so that the external light radiation can pass through it easily, while the orientation of the cells will reduce the emission of heat by radiation and by conduction of the storage. .
According to the embodiment illustrated in FIG. 22, the roof 124 separating the cold water 108 from the hot water 104 essentially comprises an absorbent layer 208 of the external light radiation, for example constituted by a layer of heavy hydrocarbon. This hydrocarbon layer may be placed on a sealed film 209, for example in a manner analogous to what has been described above, in particular in relation to the description of the figures.
15 and 16.
By choosing the sufficiently thick layer 208, it can both perform a role of mechanical protection of the tank and a role of solar heat accumulation.
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heat from storage to the outside. In addition, the layer 208 will promote a certain rise in the temperature of the cold water 108, which may be favorable for rearing fish or making swimming pools.
Obviously the modes of application which have just been described of the improvements to the production of the roof can be applied to most of the embodiments described. The main thing is to form the roof of the storage in a
that it promotes the passage of external heat due to solar radiation towards the storage of hot water and that it reduces
the passage of heat from storage to the outside.
1. Large capacity tank for the seasonal storage of hot water produced in particular by thermal and nuclear power plants for the production of electricity and their seasonal use in particular for heating buildings, said tank being characterized in that it consists essentially a large-area basin formed substantially at ground level, comprising partition walls dividing the basin
in several zones which communicate with each other in parallel and / or
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power plants and terminating in the user networks opening into a zone of the basin and at least one cold water supply to make up and / or return from the user networks opening into another zone of said basin.