BR112012026923B1

BR112012026923B1 - dispositivo de estocagem e de restauração de energia elétrica

Info

Publication number: BR112012026923B1
Application number: BR112012026923A
Authority: BR
Inventors: Hoguet Christophe; Raugel Ewen; Lucas Bertrand Jean; Reber Jean-Daniel; Voiron Lucile; Bouchard Patrick; Besse Serge; Chaudron Valéry
Original assignee: Helion
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2019-12-24
Also published as: JP2013529354A; FR2959065A1; CN102934274B; CA2797280A1; WO2011131622A1; US9059441B2; AU2011244435A1; CA2797280C; FR2959065B1; ES2864582T3; US20130108939A1; MX337520B; CN102934274A; EP2561575B1; AU2011244435B2; BR112012026923A2; JP5908457B2; EP2561575A1; MX2012012287A

Abstract

dispositivo de estocamento e de restauração de energia elétrica. a presente invenção refere-se a um dispositivo (10) de estocagem e de restauração de energia elétrica, comportando um compartimento (100), no qual são dispostos meios (110) de eletrólise da água, uma pilha a combustível (120) e meios de controle - comando (130) para controlar o funcionamento desse dispositivo (10) em modo pilha a combustível ou em modo eletrolisador, meios de conexões 9141), permitindo ligar esse compartimento (110) a meios de estocagem (210) de di-hidrogênio (h~ 2~) externos a esse compartimento (110).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para DISPOSITIVO DE ESTOCAGEM E DE RESTAURAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA.

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de estocagem e de restauração de energia elétrica.

[002] A invenção refere-se ao domínio da produção, da estocagem e do fornecimento de eletroquímica, aí compreendido aqueles referentes ao domínio das energias renováveis, e, mais particularmente, ao domínio da produção do hidrogênio e de oxigênio por eletrólise da água e da produção de eletricidade por célula de combustível alimentada com, hidrogênio e com oxigênio.

[003] A célula de combustível é um dispositivo eletroquímico que converte a energia química de um combustível em energia elétrica. O princípio de funcionamento desse gerador eletroquímico se baseia na reação de síntese eletroquímica da água, a partir de um comburente, tal como o oxigênio, e de um combustível, tal como o hidrogênio.

[004] O princípio de funcionamento de um eletrolisador é o inverso daquele de uma célula de combustível.

[005] Assim, é conhecido associar um eletrolisador e uma célula de combustível de forma a estocar energia elétrica produzida por uma fonte e restaurar-lhe conforme a demanda.

[006] Essa associação é conhecida notadamente para estocagem de energia elétrica produzida de forma intermitente ou não, por exemplo, por energias renováveis, tais como eólica ou solar, mas também por qualquer fonte primária. Assim, a energia elétrica produzida pela fonte primária é transformada por reação eletroquímica, via o eletrolisador, em di-hidrogênio e em dioxigênio que são em seguida estocados sob pressão. O di-hidrogênio e o dioxigênio são em seguida convertidos conforme demanda em energia elétrica por meio de uma célula de combustível, quando uma carga elétrica cliente tem necessi

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2/19 dade de eletricidade que a rede não pode fornecer ou quando a fonte primária não produz eletricidade ou não produz o suficiente. Assim, cas o dispositivo seja acoplado à rede elétrica e alimenta um cliente, esse dispositivo serve para restituir eletricidade, conforme demanda do cliente, quando de cortes da rede; e se o dispositivo for acoplado a energias renováveis, o dispositivo será utilizado para restaurar eletricidade, quando a fonte renovável não produz eletricidade ou não produz o suficiente.

[007] Os diferentes sistemas conhecidos são geralmente volumosos e necessitam espaços importantes para sua instalações. Eles são também pouco modulares e flexíveis, notadamente no nível da quantidade de energia disponível, ou capacidade elétrica, que são capazes de fornecer sobre a rede do cliente. Enfim, as instalações sobre local são relativamente complexas e sua manutenção é difícil. Todas essas dificuldades limitam assim uma difusão importante dos sistemas eletrolisador/ célula de combustível na indústria.

[008] Nesse contexto, a invenção visa a propor um dispositivo de estocagem e de restauração de energia elétrica, visando a resolver os problemas mencionados acima.

[009] Para isso, a invenção propõe um dispositivo de estocagem e de restauração de energia elétrica, comportando:

- méis de eletrólise da água alimentados na entrada pela água e energia elétrica e produzindo na saída pelo menos o dihidrogênio e o di-oxigênio sob a forma gasosa;

- meios de estocagem desse di-hidrogênio sob a forma gasosa;

- uma célula de combustível alimentada na entrada por pelo menos o di-hidrogênio fosfato de potássio (hh) estocado e produzindo na saída pelo menos a energia elétrica;

- meios de controle/monitoramento para controlar o funcio

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3/19 namento desse dispositivo em modo célula de combustível ou em modo eletrolisador;

[0010] caracterizado pelo fato de esse dispositivo comportar:

- um compartimento no qual são dispostos esse meios de eletrólise da água, essa célula de combustível e esses meios de controle/monitoramento;

- meios de conexões, permitindo ligar esse compartimento a esses meios de estocagem desse di-hidrogênio fosfato de potássio externos a esse compartimento.

[0011] Assim, graças à invenção, o dispositivo de estocagem e de restauração de energia elétrica é formado pela associação de um eletrolisador e de uma célula de combustível acondicionados em um compartimento único, autônomo e compacto, limitando o volume desse dispositivo. Os meios de estocagem do gás de di-hidrogênio oriundo da eletrólise da água são dispostos separadamente no exterior do compartimento, o que permite reduzir, de forma conseqüente, o volume desse dispositivo e permite adaptar sua instalação em função dos diferentes problemas de espaço disponível sobre o local.

[0012] O acondicionamento do eletrolisador e da célula de combustível em um compartimento único permite melhorar e facilitar a instalação sobre local desse dispositivo, mas também a manutenção pela padronização, a colocação em comum e a redução de elementos necessários ao funcionamento do eletrolisador e da célula de combustível. Graças ao dispositivo, de acordo com a invenção, a manutenção é realizada pela padronização, a colocação comum e a redução de elementos necessários ao funcionamento do eletrolisador e da célula de combustível. Graças ao dispositivo, de acordo com a invenção, a manutenção é feita por troca padrão dos diferentes elementos constitutivos do dispositivo.

[0013] Assim, o dispositivo de estocagem e de restauração de

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4/19 energia elétrica, de acordo com a invenção, comportando o eletrolisador e a célula de combustível acondicionados em um compartimento e meios de estocagem de gás externos ao compartimento, permite uma instalação em local rapidamente por conexão do compartimento a entradas e a saídas necessárias ao funcionamento do dispositivo, reduzindo de modo ótimo o volume.

[0014] A instalação do dispositivo, de acordo com a invenção, é realizada simplesmente, conectando-se o compartimento à fonte primária de energia elétrica, a uma fonte de água, aos meios de estocagem do hidrogênio, a uma fonte ou a um meio de estocagem do oxigênio e à rede elétrica.

[0015] O dispositivo de estocagem e de restauração de energia elétrica, de acordo com a invenção, pode também apresentar uma ou varais das características abaixo, consideradas individualmente ou segundo todas as combinações tecnicamente possíveis:

- o dispositivo comporta meios de estocagem desse dioxigênio soba forma gasosa;

- o dispositivo comporta meios de conexões que ligam esse compartimento a esses meios de estocagem desse di-oxigênio externos a esse compartimento;

- essa célula de combustível é alimentada na entrada por esse di-oxigênio estocado;

- esses meios de conexões comportam uma pluralidade de interfaces autorizando uma conexão desmontável e estanque desses meios de estocagem, de forma a tomá-los modulares;

- esse compartimento comporta meios de conversão de energia elétrica comuns a esse eletrolisador e a essa célula de combustível;

- esse compartimento comporta meios de resfriamento comuns a esse eletrolisador e a essa célula de combustível;

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- esse compartimento comporta pelo menos uma interface, permitindo uma conexão desmontável de uma alimentação com água e/ou com uma alimentação de potência elétrica e/ou de uma alimentação de comando elétrico;

- esse compartimento comporta um reservatório de agia, permitindo alimentar esse eletrolisador e permitindo estocar a água produzida dessa célula de combustível;

- esse compartimento é alimentado na entrada por uma fonte de energia renovável e/ou por uma fonte de energia fóssil e/ou por uma fonte de energia nuclear.

- o dispositivo comporta meios de recuperação de calor, notadamente um circuito de resfriamento do compartimento.

[0016] Outras características e vantagens da invenção sobressairão mais claramente da descrição que dela é dada abaixo, a título indicativo e de modo nenhum limitativo, com referência às figuras anexadas, dentre as quais:

- a figura 1 é uma representação esquemática de um primeiro exemplo de realização de um dispositivo, de acordo com a invenção;

- a figura 2 é uma representação esquemática de um segundo exemplo de realização de um dispositivo, de acordo com a invenção.

[0017] Em todas as figuras, os elementos comuns levam os mesmos números de referência, salvo precisão contrária.

[0018] A figura 1 ilustra esquematicamente um primeiro exemplo de realização de um dispositivo de estocagem e de restituição de energia elétrica, de acordo com a invenção.

[0019] O dispositivo 10 é ligado a uma fonte de energia elétrica primária 10 que pode produzir energia elétrica, de modo intermitente, por exemplo, por energias renováveis, tais como a eólica ou a solar,

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6/19 mas também por qualquer fonte primária, do tipo central elétrica.

[0020] O dispositivo 10 permite converter, por reação química, a energia elétrica primária produzida sob a forma de gás estocável. Os gases assim produzidos e estocados são, em seguida, transformados por reação eletroquímica inversa, de forma a reproduzir uma energia elétrica, dita secundária, em caso de necessidade ou de parada momentânea da fonte primária de energia elétrica.

[0021] Para isso, o dispositivo 10, de acordo com a invenção, é formado pela associação de um compartimento 100 que é vantajosamente compacto, de forma poder ser instalada facilmente no local e por meios de estocagem 200 que são externos ao compartimento 100 e que são ligados a este por meios de conexão 140.

[0022] O compartimento 100 é um compartimento autônomo, por exemplo, de tipo contêiner ou caixa metálica de forma sensivelmente paralelepipédica, podendo ser instalada indiferentemente no interior ou no exterior de uma construção. Vantajosamente, o compartimento 100 é instalado no exterior de uma construção, de modo a não aumentar o volume inutilmente dos espaços internos das construções. Para isso, o compartimento 100 é construído, de modo a poder suportar as diferentes condições meteorológicas. O compartimento 100 é, portanto, estanque, insensível às intempéries (UV, variações de temperatura, etc.). [0023] Os meios de estocagem 200 externos ao compartimento 100 são dispostos indiferentemente nas proximidades ou de forma relativamente afastada do compartimento 100.

[0024] Assim, o dispositivo 10 é capaz de ser utilizado sem dificuldades em condições extremas no exterior.

[0025] O aspecto modularidade mencionado aqui, independentemente de um outro aspecto de modularidade desenvolvido posteriormente na descrição permite assim adaptar a instalação do dispositivo 10, em função das necessidades dos usuários e dos diferentes pro

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7/19 blemas de espaço. A título de exemplo, quando o compartimento 100 é disposto no interior de uma construção, os meios de estocagem 200 podem ser dispostos no exterior da construção que abriga o compartimento 100 do dispositivo 10, de modo que eles não ocupem um espaço útil no lugar.

[0026] O compartimento 100 comporta:

- meios de eletrólise da água 110, tais como um eletrolisador;

- uma célula de combustível 120;

- meios de controle/monitoramento 130 permitindo controlar o funcionamento do dispositivo 10 em modo célula de combustível ou em modo eletrolisador;

- meios para converter a energia elétrica 170;

- meios de resfriamento (não representados) do compartimento 100;

- uma interface de entrada 112;

- uma interface de saída 114;

- uma interface 116, permitindo se comunicar com os meios de estocagem 200.

[0027] As interfaces 112, 114, 116 são interfaces de comunicação padrão, permitindo se comunicar com os outros elementos externos, aos quais o compartimento 100 é capaz de se associar. As interfaces 112, 114, 116 são interfaces clássicas, permitindo uma conexão desmontável rapidamente, estanque de tubulação de circulação de fluido (H2O) ou de gás (H2 e O2), e/ou uma conexão desmontável de potência elétrica e/ou uma conexão desmontável de comando elétrico.

[0028] Assim, a interface de entrada 112 e a interface de saída 114 são interfaces, comportando pelo menos uma conexão desmontável de potência elétrica e uma conexão desmontável de canalização de água.

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8/19 [0029] A interface 116 é uma interface que comporta pelo menos uma conexão desmontável de comando elétrico e uma conexão desmontável de tubulação de gás, e vantajosamente uma conexão desmontável de tubulação de di-hidrogênio (H2) e uma conexão desmontável de tubulação de di-oxigênio (O2).

[0030] A interface de entrada 112 é ligada á fonte primária 20 de energia elétrica, mas também a uma rede de água ou a um reservatório de água, vantajosamente único, externo ao compartimento 100.

[0031] A interface de saída 114 é ligada à rede elétrica 30 do usuário, mas também à rede de água ou ao reservatório de água único. A entrada de água, via a interface de entrada 112, permite alimentar o eletrolisador 110 em modo eletrolisador e a saída de água, via a interface de saída 114, permite evacuar a água produzida pela célula de combustível. O compartimento 100 comporta também meios de gestão da água (não representados), permitindo comandar as entradas e as saídas de água em função do modo de funcionamento do dispositivo 10, por exemplo, por um sistema de válvulas comandadas pelos meios de gestão da água.

[0032] Assim, o compartimento 100 apresenta interface de comunicação, permitindo pelo menos uma conexão desmontável de potência elétrica, uma conexão desmontável de tubulação de água, e uma conexão desmontável de tubulação de gás.

[0033] De acordo com uma variante do dispositivo, de acordo com a invenção, o reservatório de água pode ser integrado ao interior do compartimento 100.

[0034] Em presença de uma alimentação elétrica primária, o eletrolisador 110 permite dissociar a água em seus elementos constitutivos sob a forma de gás, isto é, di-hidrogênio (H2) e di-oxigênio (O2).

[0035] A eletrólise da água (H2O) é um processo bem conhecido que constitui um meio para produzir di-hidrogênio (H2) e di-oxigênio

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9/19 (O2) de grande pureza sobre medida ou conforme demanda.

[0036] De forma clássica. O eletrolisador 110 comporta uma sucessão de estágios elementares, denominados também células eletroquímicas ou células eletrolíticas (Stack, em língua inglesa), cada uma das células eletrolíticas sendo formada por pelo menos um catodo, um eletrólito, e um anodo; o eletrólito ficando contido entre o anodo e o catodo. O catodo e o anodo são eletrodos porosos condutores eletricamente, enquanto que o eletrólito é uma membrana, isolante eletricamente e condutora iônica (aniônica ou protônica).

[0037] Sob o efeito de uma diferença de potencial entre os dois eletrodos, o reagente, isto é a água (H2O), é dissociado em gás de dihidrogênio (H2) e em gás de dioxigênio (O2).

[0038] O dispositivo 10, de acordo com a invenção, utiliza, portanto, o princípio da eletrólise da água para converter a energia elétrica produzida pela fonte primária 20 sob a forma de gás de di-hidrogênio (H2) e de di-oxigênio (O2).

[0039] O eletrolisador 110 está apto a funcionar em diferentes pressões sobre uma faixa de pressão que varia sensivelmente entre a pressão atmosférica e algumas dezenas de bárias.

[0040] A célula de combustível 120 é também um dispositivo eletroquímico, convertendo a energia química de um combustível em energia elétrica, segundo a reação de síntese eletroquímica da água.

[0041] O princípio de funcionamento desse gerador eletroquímico se baseia na reação de síntese eletroquímica da água, a partir de um comburente, o di-oxigênio e de um combustível, o di-hidrogênio. O princípio de funcionamento da célula de combustível 120 é, portanto, o inverso do funcionamento do eletrolisador 110.

[0042] De forma clássica, a célula de combustível 120 comporta também uma sucessão de células eletrolíticas (stach, em língua inglesa) formadas por pelo menos um anodo, um eletrólito, e um catodo; o

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10/19 eletrólito sendo contido entre o anodo e o catodo. O catodo e o anodo são eletrodos porosos condutores eletricamente, enquanto que o eletrólito é uma membrana, isolante eletricamente, e condutora iônica (aniônica ou protônica).

[0043] Na célula de combustível 120, o combustível, isto é, o dihidrogênio (H2), é fornecido no nível do anodo, de modo a sofrer uma oxidação catalítica, liberando prótons e elétrons no caso de uma membrana trocadora de prótons. Os elétrons produzidos circulam ao longo do circuito elétrico externo, enquanto que os prótons são transportados do eletrólito para o catodo, onde se recombinam com os elétrons e o comburente, isto é, di-oxigênio (O2). Essa redução catódica é acompanhada de uma produção de água e de um estabelecimento de uma diferença de potencial entre os dois eletrodos que servirá para alimentar a rede 30.

[0044] De acordo com o modo de realização ilustrado, o eletrolisador 110 e a célula de combustível 120 têm células eletrolíticas distintas. De acordo com um modo de realização, o eletrolisador e a célula de combustível comportam pelo menos uma célula eletrolítica em comum, fala-se então de célula eletrolítica ou de stack reversível.

[0045] O dispositivo 10, de acordo com a invenção, permite funcionar segundo dois modos de funcionamento distintos: um primeiro modo de funcionamento dito modo eletrolisador e um segundo modo de funcionamento dito modo célula de combustível.

[0046] No primeiro modo de funcionamento, dito modo eletrolisador, a fonte primário 20 fornece uma energia elétrica ao dispositivo 10. Nesse modo, o eletrolisador 100 converte a energia elétrica fornecida pela fonte primária 20 em energia química de estocagem, isto é, ele converte a energia elétrica primária em di-hidrogênio fosfato de potássio e em dioxigênio sob a forma gasosa.

[0047] O gás de di-hidrogênio (H2) e o gás de dioxigênio (O2), as

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11/19 sim produzidos por eletrólise da água, são encaminhados ao exterior do compartimento 100 por meio da interface 116.

[0048] Os meios de conexão 140, do tipo tubulação, que permitem a circulação de gás, são conectados à interface 116, de maneira a encaminhar os gases para os meios de estocagem 200.

[0049] O gás de di-hidrogênio (H2) encaminhado, via meios de conexão 141, para meios de estocagem de di-hidrogênio (H2) 210.

[0050] O gás de dioxigênio (O2) é encaminhado, via meios de conexão 142, para meios de estocagem de dioxigênio (O2) 220.

[0051] Para isso, os meios de conexão 141 e 142 comportam uma pluralidade de interfaces 122 repartidas sobre o comprimento dos meios de conexão 141, 142. As interfaces 122 são interfaces de fluxo de gás e interfaces de comandos elétricos, permitindo conectar um meio de estocagem 210, 220 ao dispositivo 10, notadamente a um meio de conexão 141, 142. As interfaces 122 podem comportar um sistema de válvulas, permitindo isolar conforme demanda o meio de estocagem 210, 220 do fluxo de gás que circula nos meios de conexão 141,142.

[0052] Durante o segundo modo de funcionamento, dito modo célula de combustível, o di-hidrogênio (H₂) e o de dioxigênio (O2) estocados nos meios de estocagem 210 e 220 são encaminhados para o compartimento 100, via os meios de conexão respectivos 141 e 142, e introduzidos no compartimento 100 via a interface 116, de mod a serem convertidos em energia elétrica pela célula de combustível 120 do dispositivo 10.

[0053] A célula de combustível 120 permite, portanto, combinar, por reação eletroquímica, o di-hidrogênio (H2) estocado nos meios de estocagem 210 e o di-oxigênio (O2) estocado nos meios de estocagem 220 para formar a água e fornecer uma energia elétrica secundária a uma rede elétrica 30.

[0054] A gestão da oscilação do primeiro modo ao segundo modo

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12/19 de funcionamento é realizada pelos meios de controle/monitoramento 130 que ativam, de forma alternada seja o eletrolisador 110 do dispositivo 10, em modo de funcionamento eletrolisador, seja a célula de combustível 120 do dispositivo 10, em modo de funcionamento célula de combustível.

[0055] A oscilação de modo de funcionamento do primeiro modo ao segundo modo e inversamente é determinado em função de parâmetros definidos pelo usuário. Esses parâmetros são notadamente dependentes do nível de potência da fonte primária 20. Em caso de insuficiência de potência elétrica ou ainda em caso de defeito de alimentação da fonte primária 20, o dispositivo 10 oscila do modo eletrolisador ao modo célula de combustível, de modo a fornecer uma energia elétrica sobre a carga elétrica cliente ou sobre a rede elétrica 30, dita energia elétrica secundária.

[0056] Os meios de estocagem de gás 200 formados por meios de estocagens distintos de di-hidrogênio 210 e de di-oxigênio 220 são, por exemplo, cisternas aptas a estocar o gás sob pressão.

[0057] A regulagem e a circulação dos gases de di-hidrogênio (H2) e de di-oxigênio (O2), no interior do compartimento 100, mas também entre o compartimento 100 e os meios de estocagem 200 são controlados pelos meios de controle/monitoramento 130, via o comando de um jogo de válvulas (não representadas), por exemplo, integradas em cada interface 112,114,116, 122.

[0058] Assim, os meios de conexão 141 e 1452 permitem encaminhar ao mesmo tempo os gases produzidos em modo eletrolisador, do compartimento 100 para os meios de estocagem 200, segundo o sentido indicado pela seta 150, mas também em sentido inverso, isto é, meios de estocagem 200 para o compartimento 100, tal como ilustrado pela seta 160, em modo célula de combustível.

[0059] Cada uma das válvulas do dispositivo pode ser comandada

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13/19 em abertura e em fechamento, de forma independente, de modo que o usuário pode otimizar a gestão dos fluxos de gás da instalação. A abertura e o fechamento de cada meio de estocagem 200 permitem assim gerar independentemente o conteúdo de um ou de vários meios de estocagem 210, 220 específico(s), ou ainda encher e/ou esvaziar, de forma prioritária, um meio de estocagem específico, por exemplo, para um controle ou uma manutenção.

[0060] As válvulas das interfaces 122 combinadas às válvulas da interface 116 permitem também transvasar o conteúdo de um meio de estocagem 210, 220 para um segundo meio de estocagem 210, 220, se necessário.

[0061] Vantajosamente, as válvulas de cada interface são comandadas eletricamente pelos meios de controle/monitoramento 130, as diferentes interfaces 112, 114, 116, 122 sendo ligadas eletricamente por meio de controle/monitoramento 130.

[0062] Os meios de estocagem 200 são assim elementos autônomos e modulares do dispositivo 10 que é possível acrescentar e/ou suprimir, de forma simples e rápida. Com efeito, os meios de estocagem 200 comportam também uma interface, que permite a desmontagem rápida estanque de uma conexão de tipo de uma tubulação de gás.

[0063] Assim, o acréscimo de um meio de estocagem 210' suplementar (ilustrado em pontilhados na figura 1) é realizado simplesmente por conexão ou ligação do meio de estocagem 210' sobre uma das interfaces 122 por meio de uma tubulação de gás.

[0064] De acordo com um modo de realização, as válvulas que permitem a abertura / fechamento de forma independente dos meios de estocagem 200 são diretamente solidárias ao meio de estocagem 210, 220. Nesse modo de realização, os meios de estocagem 210, 220 comportam meios de conexão elétrica para o comando da válvula via

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14/19 os meios de controle/monitoramento 130 além uma tubulação de gás que liga o meio de estocagem 210, 220 a uma interface 122.

[0065] De acordo com uma variante de realização da invenção, os gases que entram e que saem do compartimento 100 são encaminhados entre o compartimento 100 e os meios de estocagem 200 por dois condutos de encaminhamento diferentes, de modo que um meio de estocagem comporta dois condutos de fornecimentos (um conduto de entrada e um conduto de saída) conectados com uma interface 122 do dispositivo 10.

[0066] Os meios 170 para converter a energia elétrica permitem adaptar a potência e o tipo de corrente da fonte primária 20 de potência e ao tipo de corrente necessária para o funcionamento do eletrolisador 110. Para isso, os meios 170 são formados por um conversor corrente alternada / corrente contínua (AC/DC pour Alternating Current / Direct Current em língua inglesa) e/ou por um conversor contínuo / contínuo (DC/DC), se, por exemplo, a fonte primária é uma fonte de corrente contínua, tal como, por exemplo, células fotovoltaicas.

[0067] Os mesmos meios 170 são também utilizados para a conversão de energia elétrica produzida pela célula de combustível 120 (de tipo corrente contínua) em corrente alternada ou em corrente contínua, segundo as necessidades da rede 30. Os meios 170 podem ser resfriados por um circuito d e resfriamento utilizado para resfriar o eletrolisadore a célula de combustível.

[0068] Os meios de resfriamento (não representados) do compartimento 100 permitem resfriar o compartimento 100 e evacuar o calor desprendido pelas reações eletroquímicas da célula de combustível e do eletrolisador. Os meios de resfriamento são formados, por exemplo, por um circuito de resfriamento que circula entre células eletrolíticas da célula de combustível e/ou do eletrolisador, por um sistema de ventilação, permitindo o resfriamento do compartimento 100 ou ainda por

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15/19 uma combinação de um circuito de resfriamento e de um sistema de ventilação, ou por qualquer outro tipo de sistema de resfriamento classicamente utilizado para o resfriamento de uma célula de combustível ou de um eletrolisador.

[0069] De acordo com um outro modo de realização, o calor recuperado no compartimento 100 pelo circuito de resfriamento pode ser reutilizado como, por exemplo, para o aquecimento, o refrescamento ou a climatização (com o auxílio de um dispositivo suplementar) da construção na qual se acha o dispositivo 10, ou estocado eventualmente para um uso posterior, sempre para uma utilização em aquecimento, refrescamento ou climatização.

[0070] De forma clássica, o compartimento 100 pode comportar também meios de purificação dos gases produzidos em modo eletrolisador, de forma a separar a água sob a forma de vapor presente nos produtos do eletrolisador 110 e também de forma a eliminar os traços de impurezas nos gases tais como o oxigênio no hidrogênio e viceversa.

[0071] O compartimento 100 pode também comportar meios de umedecimento, permitindo umedecer os gases estocados nos meios de estocagem com o vapor de água antes de seu encaminhamento para a célula de combustível 120.

[0072] O compartimento pode também comportar meios de compressão que permitem colocar sob pressão os gases produzidos pelo eletrolisador 110, antes de estocá-los nos meios de estocagem.

[0073] Vantajosamente, o compartimento 100 tem um comprimento de uma dezena de metros e de alguns metros de largura e de altura. [0074] Assim, o compartimento 100 forma um acondicionamento compacto e autônomo, permitindo estocar e restaurar a energia elétrica, comportando uma célula de combustível, um eletrolisador, assim como os diferentes elementos necessários a seu funcionamento com

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16/19 exceção dos meios de estocagem de gás que são volumosos.

[0075] A título de exemplo um contêiner de dimensão 12m x 2,40 m e 2,30 m é suficiente para receber uma célula de combustível de 500kW e um eletrolisador de 70 Nm2/h, assim como os diferentes elementos necessários a seu funcionamento.

[0076] De acordo comum segundo modo de realização da invenção, o dispositivo 10 comporta apenas meios de estocagem de dihidrogênio 220. Nesse modo de realização, o compartimento dispõe de uma válvula de evacuação (não representada), permitindo deixar escapar o di-oxigênio, produzido em modo eletrolisador, na atmosfera ambiente, assim como uma válvula de entrada, permitindo alimentar a célula de combustível com di-oxigênio, pela admissão de ar, em modo de funcionamento célula de combustível. Em um outro exemplo de realização, o di-oxigênio é recuperado para ser utilizado para outros fins, por exemplo, na indústria química.

[0077] De forma preferencial, a válvula de evacuação e a válvula de entrada de di-oxigênio (O2) são realizadas por uma única e válvula.

[0078] Esse segundo modo de realização permite, portanto, reduzir o espaço alocado à estocagem dos gases para o funcionamento do dispositivo, mas também otimizar o espaço alocado, de forma a aumentar a capacidade de estocagem de di-hidrogênio que influi sobre a capacidade de restauração de energia elétrica do dispositivo.

[0079] Graças à externalização dos meios de estocagem 200 do compartimento 100, é possível adaptar simplesmente o conteúdo e/ou o número das cisternas dedicadas à estocagem dos gases, a fim de adaptar o dispositivo 10 conforme a necessidade do usuário em função da capacidade de energia elétrica demandada.

[0080] Assim, com um mesmo compartimento 100, isto em comum eletrolisador 110 e uma célula de combustível 120 de capacidade congelada, é possível fazer variar a capacidade de estocagem e, portanto,

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17/19 a capacidade de restauração de energia elétrica, isto é, a duração pela qual o dispositivo 10 é capaz de fornecer um valor de potência elétrica determinada.

[0081] A modularidade e a desmontabilidade rápida e simplificada dos diferentes elementos que constituem o dispositivo, tais como as células eletrolíticas reversíveis, os meios de estocagem de gás, as tubulações de gás, as interfaces, ou ainda os compartimentos, permitem obter um dispositivo de estocagem e de restauração de energia elétrica inteiramente parametrável e adaptável em função das necessidades de cada usuário.

[0082] De acordo com um segundo exemplo de realização, ilustrado na figura 2, é possível combinar vários compartimento s 100, tais como descritas anteriormente, de modo a adaptar a potência ou a capacidade de estocagem de gás, em função da demanda do usuário. No exemplo ilustrado, o segundo compartimento 100' é conectado ao primeiro compartimento 100. Os gases assim produzidos ou necessários à produção de energia elétrica secundária são estocados pelos mesmos meios de estocagem 200.

[0083] A conexão de vários compartimentos é realizada simplesmente pela ligação em paralelo das diferentes interfaces de cada compartimento da seguinte forma:

- a interface de entrada 112' do segundo compartimento 100'é ligada à interface de entrada 112 do primeiro compartimento 100, por exemplo, por meio de uma tubulação de circulação de fluido e de uma ligação de potência elétrica;

- a interface de saída 114' do segundo compartimento 100'é ligada às interfaces de saída 114 do primeiro compartimento 100, por exemplo, por exemplo, por meio de uma tubulação de circulação de fluido e de uma ligação de potência elétrica;

- a interface 116 do segundo compartimento 100' é ligada à

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18/19 interface 116 do primeiro compartimento 100 por exemplo, por meio de tubulações de circulação de gás e de uma ligação de comando elétrico.

[0084] O eletrolisador do dispositivo, de acordo com a invenção, é indiferentemente, por exemplo, um eletrolisador de tipo com membrana trocadora de prótons (PEM para Próton Exchange Membrane, em língua inglesa), um eletrolisador de tipo alcalino, um eletrolisador de elevada temperatura (HTE para High-Temperature Eletrolysis, em inglês), um eletrolisador com óxido sólido (SOEC para Solid Oxide Eletrolysis Cell) ou ainda uma combinação dessas diferentes tecnologias de eletrolisadores.

[0085] A célula de combustível do dispositivo, de acordo com a invenção, é indiferentemente, por exemplo, uma célula de combustível com membrana trocadora de prótons (PEM), uma célula de combustível com ácido fosfórico (PAFC para Phosphoric Acid Fuel Cell, em inglês), uma célula de combustível com óxido sólido (SOFC (para Solid Oxide Fuel Cell, em inglês), umacélula de combustível com carbonato fundido (MCFC para Molten Carbnonate Fuel Cell), uma célula de combustível alcalina, uma célula de combustível com metanol direto (DMFC para direct methanol fuel cell), ou ainda uma combinação dessas diferentes tecnologias de pilhas a combustível.

[0086] Os diferentes elementos do dispositivo, de acordo com a invenção, podem comportar um sistema de gestão da horizontalidade, a fim de poderem ser instalados sobre qualquer terreno, preparado ou não.

[0087] O dispositivo, de acordo com a invenção permite também simplificara manutenção desse dispositivo pela padronização dos diferentes elementos constituintes do dispositivo.

[0088] As outras vantagens da invenção são notadamente os seguintes:

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- industrialização simplificada pela padronização dos diferentes elementos constituintes do dispositivo;

- redução dos custos de fabricação;

- modularidade do dispositivo de forma a se obter a potência elétrica requerida:

- redução do impacto ecológico pelo desmantelamento seletivo e/ou a reutilização dos elementos em futuras utilizações.

Claims

1. Dispositivo (10) de estocagem e de restauração de energia elétrica, compreendendo:

- eletrolisador de água alimentado na entrada com água e energia elétrica e produzindo na saída pelo menos o di-hidrogênio (H2) e o dioxigênio (O2) sob a forma gasosa;

- meios de estocagem (210) do dito di-hidrogênio (H2) sob a forma gasosa;

- uma célula de combustível (120) alimentada na entrada por pelo menos o di-hidrogênio (H2) estocado e produzindo na saída pelo menos a energia elétrica;

- meios de controle/monitoramento (130) para controlar o funcionamento do dito dispositivo (10) em modo célula de combustível ou em modo eletrolisador;

caracterizado pelo fato de que esse dispositivo (10) compreende:

- um compartimento (100) no qual são dispostos o dito eletrolisador de água (110), a dita célula de combustível (120) e os ditos meios de controle/monitoramento (130), o dito compartimento (100) compreendendo interfaces de comunicação (112, 114, 116) permitindo pelo menos uma conexão desmontável de energia elétrica, uma conexão desmontável de tubulação de água e uma conexão desmontável de tubulação de gás;

- meios de conexões (141), permitindo ligar esse compartimento (110) a esses meios de estocagem (210) do dito di-hidrogênio (H2) externos a esse compartimento (110).

2. Dispositivo (10) de estocagem e de restauração de energia elétrica, de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de pelo fato de comportar meios de estocagem (220) do dito dioxigênio (O2) sob a forma gasosa.

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3. Dispositivo (10) de estocagem e de restauração de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de esse dispositivo comportar meios de conexões (142), ligando esse compartimento (110) a esses meios de estocagem (220) do dito dioxigênio (O2) externos a esse compartimento (110).

4. Dispositivo (10) de estocagem e de restauração de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de essa célula de combustível (120) ser alimentada na entrada por esse di-oxigênio (O2) estocado.

5. Dispositivo (10) de estocagem e de restauração de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de esses meios de conexões (141, 142) comportarem uma pluralidade de interfaces (122) autorizando uma conexão desmontável e estanque dos meios de estocagem (210, 220) de forma a tomá-los modulares

6. Dispositivo (10) de estocagem e de restauração de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de esse compartimento (100) comportar meios de conversão e energia elétrica comuns a esse eletrolisador (110) e a essa célula de combustível (120).

7. Dispositivo (10) de estocagem e de restauração de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de esse compartimento (100) comportar meios de resfriamento comuns a esse eletrolisador (110) e a essa célula de combustível (120).

8. Dispositivo (10) de estocagem e de restauração de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de esse compartimento (100) comportar um reservatório de água, permitindo alimentar esse eletrolisador (110) e permitindo estocar a água produzida dessa célula de combustível

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3/3 (120).

9. Dispositivo (10) de estocagem e de restauração de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de esse compartimento (100) ser alimentado por uma fonte (20) de energia renovável e/ou por uma fonte de energia fóssil e/ou por uma fonte de energia nuclear.

10. Dispositivo (10) de estocagem e de restauração de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de comportar meios de recuperação de calor, notadamente um circuito de resfriamento do compartimento (100).