EP2715093A2 - Dispositif pour le stockage et la restitution de fluides et méthode pour stocker et restituer un gaz comprimé dans un tel dispositif - Google Patents

Dispositif pour le stockage et la restitution de fluides et méthode pour stocker et restituer un gaz comprimé dans un tel dispositif

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Publication number
EP2715093A2
EP2715093A2 EP12729682.0A EP12729682A EP2715093A2 EP 2715093 A2 EP2715093 A2 EP 2715093A2 EP 12729682 A EP12729682 A EP 12729682A EP 2715093 A2 EP2715093 A2 EP 2715093A2
Authority
EP
European Patent Office
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gas
liquid
installation
reservoir
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12729682.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Claude FAVY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Storewatt SAS
Original Assignee
Storewatt SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Storewatt SAS filed Critical Storewatt SAS
Publication of EP2715093A2 publication Critical patent/EP2715093A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y10T137/2931—Diverse fluid containing pressure systems
    • Y10T137/3115—Gas pressure storage over or displacement of liquid
    • Y10T137/3127—With gas maintenance or application

Definitions

  • the present invention relates to a device for storing and restoring a compressed gas, and in particular the storage and the return of electrical energy by means of a compressed gas and then expanded.
  • the invention also includes a device for extracting and storing the heat resulting from the compression of the gas and returning the heat to the gas before or during its expansion.
  • thermodynamic cycles are used in the context of this technique.
  • the simplest is to compress air by means of compressors, driven by electric motors, allowing multi-stage compression, with intermediate cooling to approach isothermal compression and spend the least energy possible during the compression of the compressor. 'air.
  • the compressed air is then stored in a tank, the tanks of significant capacity being to date natural or artificial underground cavities.
  • the compressed air is extracted from the tank, heated by extra external heat energy, for example by fuel, natural gas, electric power or any other source heat, and expanded through a turbine that drives an electric generator.
  • This cycle has quite low energy return efficiencies, especially in view of the need to supply external heat energy to heat the air before passing through the turbine, the heat generated during the compression of the air being lost for the cycle.
  • thermodynamic cycles have been proposed with heat recovery at the outlet of the turbine to improve the overall efficiency of the cycle.
  • One of the so-called “adiabatic” cycles consists in using polytropic compressors, extracting the heat from the compressed air at each compression stage and storing this heat, the compressed air being stored in a tank.
  • the compressed air is extracted from the tank, heated by the heat stored during its compression and expanded through a turbine that drives an electric generator.
  • This "adiabatic" cycle makes it possible not to use additional external heat and shows efficiencies above 70% considering the recovery of heat produced during compression. It emits no CO2.
  • the underground cavities require a particular geological context in terms of sealing, permissible pressure by the surrounding rock and seismic risk.
  • the possibilities of locations are therefore limited and do not necessarily correspond to locations where the storage of electrical energy is desired, for example because of their distance from the places of consumption or production, or the inadequacy of the network. electric in these places.
  • the device according to the invention makes it possible to provide an answer to these difficulties. Especially:
  • the storage part of the device can be installed on the ground, without requiring a particular geological or topographical context, or under water, which then makes it possible to benefit from the hydrostatic pressure reigning at the level of the storage both in terms of resistance of the enclosure and reduced hydraulic pumping and turbining pressures;
  • the device makes it possible to seal the gas with respect to the liquid in order to keep the gas at a pressure that is almost constant; it advantageously allows the storage part to be installed both vertically and horizontally and even in an inclined position;
  • the device makes it possible to store heat in the context of adiabatic operation
  • the device can be used to guarantee inexpensive gas storage for an industrial use of the gas at a pressure lower than the storage pressure
  • the device can allow a mixed use of energy storage and return
  • the device can advantageously be located directly on an industrial site to take advantage of site facilities and also to provide site facilities.
  • the invention relates to a device for storing and returning fluids, said fluids comprising a gas and a liquid, the device comprising:
  • At least one fluid storage tank comprising a gas-containing portion and a liquid-containing portion
  • At least one compression installation connected on the one hand to a gas source, and on the other hand to the gas inlet orifice, for injecting compressed gas at an inlet pressure into the fluid storage tank ; at least one outlet installation connected to the gas outlet orifice for evacuating the compressed gas,
  • the motor assembly connected on the one hand to a source of the liquid, and on the other hand to the liquid inlet, the motor assembly comprising at least one pump and at least one motor for injecting the liquid under pressure in the fluid storage tank through the liquid inlet.
  • the device thus offers many possibilities of use, for storing and returning a gas at a predetermined pressure, and finds many applications in the fields of energy and any industrial process using a compressed gas.
  • the storage and return of gas is inexpensively and reliably.
  • the device comprises separation means between the gas and the liquid in the fluid storage tank, so as to avoid mixing between the gas and the liquid.
  • the separation means comprise a flexible diaphragm that is deformable under pressure in the fluid storage tank, to accompany the variations in volume of the portion containing the liquid and the part containing the gas.
  • the separation means between the gas and the liquid comprise a rigid and movable diaphragm defining a separation surface between the liquid and the gas in the fluid storage tank, and comprising support on the fluid storage tank, the bearing surfaces being offset on both sides of the separation surface.
  • Such an arrangement can be implemented in any fluid storage tank comprising a plurality of fluids.
  • the staggered bearing surfaces of the separation surface prevent the rigid diaphragm from tilting under the effect of the non-uniform distribution of the pressures on the diaphragm, which would cause leaks between the liquid-containing part and the part containing the diaphragm. gas.
  • the diaphragm is provided with seals at its periphery to provide a seal between the portion containing the gas and the portion containing the liquid.
  • bearing surfaces of the diaphragm may be provided with rolling mechanisms to facilitate the movement of the diaphragm in the fluid storage tank and accompany the volume changes of the portion containing the liquid and the portion containing the gas.
  • the bearing surfaces may be continuous on the periphery of the diaphragm, be distributed discontinuously on the periphery of the diaphragm or may have for each support surface a unit area with the different reservoir according to the bearing surface.
  • the liquid-containing portion is connected to the gas-containing portion on the one hand by a first pipe provided with a pump, allowing liquid to be brought back into the portion containing the gas towards the part containing the liquid and secondly by a second pipe provided with a compressor, for bringing gas into the portion containing the liquid to the portion containing the gas.
  • the invention proposes the establishment of a heat exchange system between the gas and a heat transfer fluid, during the compression of the gas in the compression installation and during the expansion of the gas in the expansion installation, in order to obtain an adiabatic cycle of compression and expansion of the gas.
  • the heat exchange system comprises a heat reservoir for storing the heat transfer fluid heated by the compression of the gas, said heat tank being thermally insulated and comprises means for putting the heat transfer fluid under pressure.
  • the heat reservoir is placed in the portion containing the gas of the fluid storage tank, and comprises a piston in interface between the gas in the fluid storage tank and the heat transfer fluid in the storage tank of the fluids. heat.
  • the coolant is kept under pressure in particular to prevent its vaporization without using additional means but using the pressure of the compressed gas, which limits the size and cost of the device.
  • the heat reservoir is placed outside the fluid storage tank and comprises a portion supplied with heat transfer fluid and a portion supplied with compressed gas, the two parts being situated on either side of the fluid storage tank. a diaphragm placed in the heat reservoir sealing between the two parts.
  • the second embodiment makes it possible not to reduce the storage volume of the gas in the fluid storage tank.
  • the coolant is water, which, in addition to being cheap and widely available, is without risk of pollution to the environment.
  • heat exchange system may be implemented in combination with any gas storage tank. They allow the use of water as heat transfer fluid by keeping the water under pressure and avoiding its vaporization.
  • the device may also include the following provisions, alone or in combination:
  • the device comprises a plurality of fluid storage tanks, and comprises a set of valves on the gas inlet and outlet ports and a set of valves on the liquid inlet and outlet ports for selecting the tanks for which the gas is injected and the tanks for which the gas is evacuated.
  • the device uses air and water, widely available and inexpensive.
  • the invention proposes that the device allows a mixed use.
  • the output installation comprises an expansion device comprising at least one expander and an electric generator for producing electrical energy by expansion of the compressed gas.
  • the output installation may further include an industrial plant, connected to the expansion plant for using the expanded gas in an industrial process, or connected to the gas outlet port for using the compressed gas in an industrial process.
  • the gas instead of releasing the expanded gas after energy production, the gas, at a pressure determined after expansion or not, can be used in an industrial process, so there is no need to implement additional structures.
  • a device for storing and releasing a compressed gas directly on an industrial site not only is it possible to produce the energy needed for on-site installations, but also to supply them with gas.
  • the outlet installation may comprise means for putting the gas at the pressure required by the industrial installation so as to deliver the gas to the installation at a determined pressure at a lower cost.
  • the liquid discharge means comprise a generator assembly connected to the liquid outlet orifice, the generator assembly comprising a turbine and a generator, the discharged liquid passing through the turbine to generate water. electrical energy by the generator.
  • a system for regulating and controlling the motor assembly and a system for regulating and controlling the generator assembly make it possible to control their power respectively as well as the pressure in the fluid storage tank, to allow different operating regimes.
  • the invention provides a method for storing and returning a compressed gas in a device as described above comprising the following steps:
  • a step of storing the gas comprising the following operations:
  • a step of restitution of the gas comprising the following operations:
  • This operating regime allows to store and return the gas at a virtually constant pressure throughout the steps, which is particularly advantageous for producing energy but also to provide gas an industrial installation.
  • the storage step and the restitution step can take place simultaneously.
  • a transient regime may be implemented in a method for starting the device from a state in which the engine assembly, the generator assembly, the compression facility and the detent facility are at a standstill and wherein the fluid storage tank contains compressed gas and liquid, the method comprising the steps of:
  • the power variation of the device can be quickly increased by using the hydraulic part temporarily.
  • a transient regime can be implemented when the device is in the gas storage step.
  • a transitional step comprising the following operations:
  • the device can follow large and rapid power variations of the power source.
  • FIG. 1 represents a general diagram of the device for storing and restoring a compressed gas according to the invention
  • FIG. 2 represents a more detailed view of a fluid storage tank
  • FIG. 3 represents an embodiment where the gas / liquid separation in the storage tank is not in a horizontal plane;
  • FIG. 4 represents an embodiment with a reservoir of liquid located at altitude;
  • FIG. 5 represents an embodiment with a reservoir of liquid situated at altitude and the possibility of turbining external contributions
  • FIG. 6 represents an embodiment with a reservoir of liquid situated at altitude and a stepped turbine
  • FIG. 7 shows an embodiment where the fluid storage tank is placed under water, placed at the bottom;
  • FIG. 8 shows an embodiment where the fluid storage tank is placed under water, between two waters
  • FIG. 9 represents an embodiment with several fluid storage tanks
  • FIG. 1 1 shows a general scheme of the invention which has been incorporated a heat storage in a fluid storage tank.
  • FIG. 12 shows a general diagram of the invention with a heat storage outside the fluid storage tank.
  • FIG. 13 represents the device according to the invention in which the output installation consists of an expansion device making it possible to produce electrical energy followed by an industrial application of the gas.
  • Figure 1 shows a general diagram of a device for storing and returning a gas according to one of the possible provisions of the invention.
  • the device comprises at least one rigid fluid storage tank 1 in which the pressure of a gas is kept constant by means of a liquid.
  • the fluids used are air as gas, and water as liquid, it being understood however that another gas and another liquid may be used.
  • the fluid storage tank 1 shown in more detail in FIG. 2, can be made of steel, concrete or composite materials. Its thickness and design make it possible to withstand the internal pressure of the fluids it contains.
  • the body of the fluid storage tank 1 can be of shape cylindrical and provided at its ends funds 4 and 5 conventionally hemispherical or semi-elliptical to provide the best resistance to stress due to the pressure of the stored fluids.
  • the body of the fluid storage tank 1 may, depending on the applications, be made of steel pipes, such as those used for conveying gas under pressure.
  • a pipe made of X80 steel, with a diameter of 1 .4 m and dimensioned to store air at 120 bar, has a wall thickness of about 40 mm;
  • a pipe X52 steel, a diameter of 1 .2m and sized to store air at 80 bar has a wall thickness of about 24mm.
  • the capacity of the reservoir 1 for storing the fluids can be from a few tens of m 3 to a few tens of thousands of m 3 depending on the applications.
  • the tank 1 is equipped with the supports necessary for its maintenance.
  • the tank 1 is provided near a first end of at least one orifice 36 of the gas connected on the one hand to a source of gas and on the other hand opening into a portion containing the gas 2 in the storage tank 1 of the fluids, allowing the flow of gas leaving or entering the reservoir 1 for storing fluids.
  • FIGS. 1 to 8, 11 and 12 show the example in which the orifice 36 of the gas is both an inlet orifice and a gas outlet orifice of the fluid storage reservoir 1, being understood that the outlet port may be distinct from the gas inlet, as will be seen later.
  • the orifice 36 of the gas is connected by a pipe 6 resistant to the pressure of the gas 2 to at least one compression installation 8 which delivers gas 2 under pressure to be stored when one wishes to store the gas and, as outlet orifice, at least one outlet installation 9 which uses the pressurized gas 2 when it is desired to destock the air 2.
  • the compression installation 8 consists, in FIG. 1, of at least one air compressor 13 coupled to at least one electric motor 14 and makes it possible to produce and deliver compressed air at constant pressure into the reservoir 1 of fluid storage using electrical energy.
  • the arrow 25 in FIG. 1 represents the flow direction of the gas at the outlet of the installation 8.
  • the compression installation 8 may also comprise a plurality of compressors and motors, arranged in parallel, each compressor being connected to the fluid storage tank 1 by a gas inlet port which is specific to it.
  • the compression installation 8 comprises a plurality of compressors and motors arranged in series, the pressure of the compressors being increased from a first compressor supplied with low pressure gas to a last compressor connected to the orifice 36. entering the gas into the fluid storage tank 1 to supply the fluid storage tank 1 with the compressed gas at the desired pressure.
  • the output installation 9 is for example, as illustrated in Figure 1, an expansion device and is then constituted by at least one expander 10 coupled to at least one electric generator 1 January.
  • a combustion chamber 12 advantageously makes it possible to heat the air at the inlet of the expander 10.
  • the expansion device 9 uses the constant pressure compressed air delivered by the fluid storage tank 1 to produce electrical energy. .
  • the arrow 26 in Figure 1 shows the direction of the flow of air at the entrance of the installation 9 relaxation.
  • the expansion device 9 may comprise a plurality of expansion valves and generators, for example arranged in parallel, the expansion valves being supplied with compressed gas through the same gas outlet or each by a gas outlet orifice of its own. Regulators can also be arranged in series, from a first pressure regulator supplied with compressed gas from the fluid storage tank 1 to a last pressure regulator supplying gas expanded to the desired pressure.
  • the device thus makes it possible to store the electrical energy in the fluid storage tank 1 in the form of a compressed gas, such as compressed air, supplied by the compression installation 8 and to recover this electrical energy by the expansion of the gas in the installation 9 of relaxation.
  • a compressed gas such as compressed air
  • the outlet installation 9 directly uses the compressed gas, for example in an industrial process. He was quoted in the introduction of the examples industrial fields using processes using compressed gas.
  • the fluid storage tank 1 is provided near a second end, at least one orifice 35 of the liquid opening into a portion containing liquid 3 of the fluid storage tank 1, to allow the flow of the incoming liquid. and leaving the reservoir 1 for storing fluids.
  • the orifice 35 of the liquid is both an inlet and an outlet for the liquid.
  • the fluid storage tank 1 may include a separate liquid inlet port and a liquid outlet port.
  • the orifice 35 of the liquid is connected by a pipe 7 resistant to the pressure of the liquid to a motor assembly comprising at least one pump 17 and at least one motor 18.
  • Discharge means connected by the pipe 7 to the liquid outlet port 35 allow the liquid to be discharged from the fluid storage tank 1.
  • the discharge means comprise at least one generator assembly comprising a turbine 19 coupled to at least one electric generator.
  • the gas storage and return device comprising a single engine assembly and a single generator assembly 16.
  • the device may comprise several motor assemblies connected to the orifice 35 of the liquid, for example arranged in series, or each connected to a liquid inlet orifice of its own, and therefore arranged in parallel.
  • the storage device may comprise a plurality of generator assemblies connected in parallel and connected to the same liquid outlet orifice, or arranged in series and each connected to a liquid outlet orifice which is specific thereto.
  • the arrow 27 in FIG. 1 represents the direction of the flow of the liquid through the pump 17.
  • the pump 17 is connected upstream by a pipe 21 to at least one reservoir 22 of liquid.
  • the same source of liquid can feed each pump of each motor assembly, or there may be provided several liquid sources independently supplying one or more pumps.
  • the arrow 28 in FIG. 1 represents the direction of the flow of the liquid through the turbine 19.
  • the turbine 19 is advantageously connected downstream by a pipe 21 to the reservoir 22 of liquid.
  • the air supplied under an inlet pressure by the compression installation 8 enters the air containing portion 2 of the fluid storage tank 1, through the orifice 36 of the air and remains at a storage pressure very close to the inlet pressure.
  • the air then exerts a storage pressure that is very close to the inlet pressure on the water 3, either directly or, as will be seen below, via means of separation of air and air.
  • water 3 for example a diaphragm 23.
  • the water 3 is discharged from the lower part of the reservoir 1 for storing the fluids through the orifice 35 of the water.
  • the water thus evacuated drives the hydraulic turbine 17 of the generator assembly 16, which makes it possible to produce electrical energy.
  • a control and control system of the generator assembly 16 makes it possible to maintain the air at a constant storage pressure throughout the air storage operations.
  • the water 3 is pumped by the hydraulic pump 17 of the engine assembly at a pressure almost equal to the storage pressure in the fluid storage tank 1, and enters the lower portion of the fluid storage tank 1 through the orifice 35 at a pressure very close to the storage pressure. The water then exerts a pressure very close to the storage pressure on the air 2 in the fluid storage tank 1.
  • FIG. 4 represents a variant in which a reservoir 40 of liquid situated at an altitude greater than that of the reservoir 1 for storing the fluids makes it possible to supply the device with liquid.
  • the reservoir 40 of liquid can then be for example a hydraulic reservoir, such as a natural or artificial water reservoir, located in height relative to the reservoir 1 for storing fluids.
  • the hydraulic pump 17 is supplied with water, via a pipe 41, by the hydraulic reservoir 40.
  • the pump 17 must then raise the water pressure by the difference between the pressure inside the fluid storage tank 1 and that corresponding to the difference in altitude between the hydraulic reservoir 40 and the hydraulic pump 17 .
  • the energy to be supplied to the pump 17 is then reduced accordingly.
  • the turbine 19 is also connected to the hydraulic reservoir 40 by the same pipe 41 as that connecting the pump 17 and the hydraulic reservoir 40, to allow to return into the hydraulic reservoir 40, when storing the air in the storage tank 1 fluids, the water extracted by the pump 17 during the destocking of the air in the reservoir 1 for storing fluids.
  • FIG. 5 represents a variant of the previous case where the reservoir 40 of liquid is supplied by external contributions 42 in liquid. It may be for example a river coming to supply water to the hydraulic reservoir 40. It is then possible to use the turbine 19 for turbining external water supplies 42 of the hydraulic tank 40. In this case, the water at the turbine outlet 19 is discharged at the altitude of the turbine 19 by a vent 44 in the open air and the turbine 19 can be either directly supplied by the pump 17 or by the water 3 after passing through the fluid storage tank 1.
  • FIG. 6 It is also possible, as shown in FIG. 6, to have a separate hydraulic turbine installation, comprising two stages 45 and 46 of turbining allowing a supply for all stages 45, 46 of turbining by the reservoir 1 for storing the fluids and for a single turbine downstream stage 46 corresponding to the height of drop between the hydraulic reservoir 40 and the turbine of the downstream turbine stage 46 directly by the hydraulic reservoir 40.
  • the provisions of FIG. 5 and FIG. 6 make it possible, while using the device of the invention to store electrical energy using the water stored in the hydraulic tank 40, to produce electricity by spinning the cells. external water supply 42 without additional installation.
  • FIG. 7 shows a variant in which the fluid storage tank 1 is installed underwater, for example in the sea 53, placed on the bottom 50.
  • lines 52 connecting the motor assembly and the generator assembly 16 with the fluid storage tank 1 are placed on the drop.
  • the portion of the pipes 51, 52 located near the surface may be underground so as to protect the pipes 51, 52 of the swell and not to damage the shoreline.
  • the water can be pumped and turbined directly into the sea 53, as shown, or from an onshore tank fed with seawater or freshwater.
  • This arrangement of the reservoir 1 for storing the fluids at the bottom of the water makes it possible to reduce, at equal storage pressure with an installation on the ground, the stresses exerted on the walls of the fluid storage tank 1, the water in which is immersed the fluid storage tank 1 exerting an external pressure against proportional to the depth H of the tank 1 for storing fluids under water. It will then be possible to decrease the thickness of the walls of the fluid storage tank 1 by the same amount.
  • the fluid storage tank 1 is positioned between two waters. It is maintained in this position due to its positive buoyancy which exerts a force upwards while anchors 61 at the bottom hold it down. The buoyancy of the tank is ensured by buoyancy elements 60 integrated from the moment of its design.
  • the compression installation 8 and the air outlet installation 9 as well as the motor assembly and the water generator assembly 16 are installed on a floating structure 62.
  • the installations 8 and 9 can be connected to one another. by a submarine electrical cable 63 to an electrical network on the ground.
  • FIG. 9 represents an application of the device of the invention in which several reservoirs, in this case five reservoirs 1 to 1 e, for storing the fluids are used. This variant of course makes it possible to increase the volume of stored air and thereby the amount of electrical energy stored.
  • transverse dimension for example the radius in the case of a tank of circular section, of each of the reservoirs 1a to 1 e of fluid storage is limited given the high internal pressures and it may be necessary for increase the storage capacity, to use a set of tanks.
  • the fluid storage tanks 1 to 1 are all connected to the same air compression installation 8, to the same outlet installation 9, to the same motor assembly, and therefore to the same hydraulic pump 17, and the same set 16 generator, and therefore the same turbine 19 hydraulic.
  • each fluid storage tank 1 to 1 st can be connected to a compression installation 8, an output installation 9, a motor assembly and to a generator assembly 16 that are specific thereto.
  • FIG. 10 represents an application of the device of the invention using a single reservoir 1 for storing fluids and in which:
  • the compression installation 8 is connected to the fluid storage tank 1 by a pipe 71 which is specific to it and an air inlet port of its own,
  • the outlet installation 9 is connected to the reservoir 1 for storing the fluids by a pipe 72 which is specific to it and an air outlet orifice of its own,
  • the motor assembly is connected to the reservoir 1 for storing the fluids via a pipe 73 which is specific to it and an orifice of its own, and
  • the generator assembly 16 is connected to the reservoir 1 fluid storage pipeline 74 which is specific and an orifice of its own.
  • This arrangement makes it possible in particular while producing and storing compressed air from a source of electrical power of poor quality or fluctuating, for example provided by a wind farm, to produce, in the installation 9 of relaxation, at the same time stabilized electrical energy by destocking and relaxing compressed air.
  • the reservoir 1 for storing the fluids then plays a role in damping the fluctuations of the source of electrical energy.
  • the ability to use the device with the motor assembly and the generator assembly 16 operating at the same time can also be used.
  • the device operates in two stages, which can take place simultaneously:
  • a step of storing the gas comprising the following operations:
  • a step of restitution of the gas comprising the following operations:
  • the regulation and control system of the motor assembly for injecting the liquid maintaining the constant pressure in the reservoir 1 for storing the fluids.
  • This main regime is used when the desired variations of the electrical power at the input of the device, in the case of the step of storing the electrical energy, or at the device output, in the case of the recovery step of the device. electrical energy, are respectively compatible with the allowable speeds of power variation of the compression installation 8 and with the allowable speeds of variation of power of the installation 9 of relaxation.
  • a transient regime can be implemented, which makes it possible to temporarily increase the possible power variations of the device before reaching the main operating mode, by adjusting the power of the motor assembly and the set 16 generator.
  • a first case may be the start since the shutdown of the device with a high load taking speed following a request for a level of energy.
  • control and control devices will first start the installation 9 of relaxation with a speed of variation of power compatible with this installation.
  • this power take-off is not fast enough, for example when the energy level is requested in a time incompatible with the speed of variation of the installation 9 of expansion, the set 16 generator will be simultaneously turned on, to allow to generate additional electrical power and reach the energy level requested.
  • the control and control system of the assembly 16 generator controls the pressure drop in the reservoir 1 of fluid storage due to the simultaneous evacuation of gas and liquid.
  • the generator assembly 16 and the expansion device 9 are implemented simultaneously, temporarily. Indeed, particularly in the case where the gas used is air and the liquid is water, the response time of the generator set 16 is much lower than that of the installation 9 of relaxation, so that the whole 16 generator provides a faster response, but a temporary response, to an urgent need for energy.
  • the pressure in the fluid storage tank 1 will then necessarily decrease.
  • the generator set 16 will see its power progressively diminished until it stops as the ramp 9 is expanded.
  • the engine assembly is started and will be subjected to a gradual increase in power to allow to find the pressure levels in the reservoir 1 of fluid storage corresponding to the main operating regime .
  • the device is in a step of restitution of energy, but an increase in the energy level delivered by the installation 9 of relaxation is required.
  • the power of the expansion system 9 must be increased gradually from the demand, at a speed compatible with the installation 9 of relaxation. This speed may not be sufficient to satisfy the call within a reasonable time. Then, advantageously, the power of the motor assembly, which injected water into the fluid storage tank 1 in the main mode, will be progressively reduced, so that the device consumes less energy, and therefore provides more.
  • the power of the source 8 compression system energy can vary.
  • the compression installation 8 is powered by solar energy, the power of which necessarily varies with the weather conditions.
  • the generator assembly 16 which can produce energy by virtue of the turbine 17 through which the liquid 3 discharged from the tank 1 fluid storage, can be quickly ramped up power to stabilize the power of the installation 8 compression.
  • the motor assembly which is stationary in the main operating regime during the storage operation, is then quickly started and ramped up to consume some of the energy produced surplus and not consumed by the compression installation 8.
  • the powers of the motor assembly and the generator assembly 16 may be modified from the main operating speed so as to allow high power variation speeds, the device returning to the main operating mode gradually.
  • the gas 2 in the fluid storage tank 1 is preferably separated from the liquid 3 by fluid-tight separation means, such as a rigid and movable diaphragm 23 separating the fluid storage tank 1 into a part containing the gas. 2 and a portion containing the liquid 3.
  • the diaphragm 23 then defines a separation surface between the liquid and the gas, and is movable with changes in the volume of the gas and the liquid during storage and retrieval operations of the gas.
  • the separation means must be able to move during storage and retrieval operations of the gas, so that the volume of the portion containing the gas decreases when the gas is removed from storage while the volume of the portion comprising the liquid increases and, conversely, so that the volume of the gas-containing portion increases as the gas is stored while the volume of the liquid-containing portion decreases.
  • the diaphragm 23 is preferably equipped with one or more seals 24 at its periphery in order to maintain a separation between the pressurized gas and the liquid in the fluid storage tank 1 and to avoid the dissolution phenomena of the fluid. gas in the liquid or pollution of one of the two fluids by the other.
  • the two fluids in the fluid storage tank 1 exert pressure on each other via the diaphragm 23.
  • seals 24 in particular by their material, form and sealing principle, is suitable for fluids 2 and 3, and storage conditions such as pressure and temperature. It must also ensure a sufficient life of the joints, in particular with good wear resistance resulting from the friction on the internal surface of the reservoir resulting from the displacement of the diaphragm 23 during storage and removal of the gas.
  • the seals 24 may be inflatable seals. To increase the seal between the gas and the liquid, at least two seals 24 can be used so as to constitute successive dams.
  • the separation surface between the air 2 and the water 3 is in a horizontal plane.
  • the air 2 then necessarily occupies the upper part of the fluid storage tank 1 and the water the lower part of the fluid storage tank 1.
  • the diaphragm 23 can then simply float on the surface of the water, so as to move with the variations of the volume of water.
  • the diaphragm 23 of rigid separation can be replaced by a membrane of flexible material separating air and water, so that the volume of the parts containing the water and the gas are of variable volume by deformation of the membrane .
  • FIG. 3 thus represents a particularly advantageous variant of separation means between a gas and a liquid in a fluid storage tank 1, in which the separation surface between the gas and the liquid is not in a horizontal plane.
  • the separation surface is in a vertical plane, or in a plane inclined by a few degrees, for example between 1 ° and 10 °, with respect to the vertical plane. This may be the case if it is more advantageous that the fluid storage tank 1 is in a horizontal position, placed on the ground, buried, or when its length dimensions do not allow a vertical position.
  • the rigid diaphragm 23 is then provided on its periphery with bearing surfaces on the body of the fluid storage reservoir 1, these bearing surfaces having large dimensions, so as to be offset on either side of the plane of the diaphragm 23, and therefore of the separation surface between the gas and the liquid, in order to resume the moments of the forces applied.
  • bearing surfaces are made of a material resistant to compression under the effect of the pressure in the reservoir 1 for storing fluids and facilitating sliding on the body of the reservoir 1 for storing fluids to move the diaphragm 23.
  • the support surfaces may be continuous over the entire circumference of the reservoir, discontinuous by being equally distributed over the circumference of the reservoir, or discontinuous by being distributed unequally, for example with a greater total bearing surface on the lower and upper parts of the reservoir, where the pressure exerted by the fluids on the diaphragm 23 is the highest.
  • the width of the support surfaces 30 may be constant or not on the circumference of the reservoir.
  • the unit contact surface between the bearing surfaces and the reservoir may be the same for all the supports or be different depending on the supports.
  • the supports may also include rolling mechanisms such as for example wheels to facilitate the movement of the diaphragm.
  • the offset of the bearing surfaces 30 from the plane of the diaphragm 23, i.e., the greatest distance between a point of a bearing surface and the plane of the diaphragm 23, may not be the same for all bearing surfaces. Thus, it may be more important for the bearing surfaces placed on the lower part of the tank, in particular because of a stronger pressure exerted by the water on the lower part of the diaphragm 23.
  • the diaphragm 23 is then perfectly centered in the reservoir 1 for storing the fluids, that is to say that it does not rock under the effect of the pressures exerted on its two faces, and the seal or seals 24 are correctly maintained, even when moving during storage and retrieval operations.
  • the bearing surfaces can also contribute to the seal between the gas and the liquid.
  • the diaphragm 23 thus provided with bearing surfaces 30 makes it possible, in any reservoir 1 for storing fluids, to seal between two fluids contained while allowing the volume of the portion containing a first fluid and the volume containing the second fluid. to vary by displacement of the diaphragm 23.
  • the fluid storage tank 1 In the case where the separation surface between the gas and the liquid is inclined a few degrees with respect to the vertical plane, it is advantageous to arrange the fluid storage tank 1 so that the lowest part 33 is the part containing the gas and therefore the highest part 34 is the part containing the liquid. Therefore, in the event of failure of the diaphragm 23 and / or seals 24 between the gas and the liquid, any leakage of the liquid 3 to the gas 2 through the diaphragm 23 will necessarily flow to the part 33 the lowest fluid storage tank 1, this liquid can be recovered and returned to the other side of the diaphragm 23, in the portion containing the liquid, by a low power hydraulic pump 31.
  • any leakage of the gas to the liquid through the diaphragm 23 will necessarily flow to the highest part 34 of the fluid storage tank 1, in the part containing the liquid.
  • This gas can be brought on the other side of the diaphragm 23, in the part containing the gas, by a low-power air compressor 32.
  • the lowest part 33 and the highest part 34 of the fluid storage tank 1 are placed at opposite ends of the tank 1 so as not to hinder the complete movement of the diaphragm 23.
  • FIGS. 11 and 12 there is shown a further provision of the present invention for storing gas and returning it according to an adiabatic cycle, particularly in the case where the gas is expanded to produce electrical energy. by the installation 9 of relaxation.
  • a heat exchange system is associated with the compression installation 8 and the expansion installation 9.
  • the heat exchange system comprises means for extracting the heat generated during compression of the gas in the compression installation 8, means for storing the heat, and means for returning the heat to the gas in the installation 9 of relaxation.
  • the compression and expansion cycle then becomes an "adiabatic" cycle with advantages in terms of improved efficiency and total absence of CO2 emissions, without risk to the environment.
  • the compression installation 8 comprises at least one stage, for example three stages 81a to 81c, of compression, each stage 81a having 81c of compression being associated with the minus a heat exchanger 80a at 80c, for example placed at the outlet of each stage 81a at 81c of compression, making it possible to recover the heat contained in the gas during or after the compression in each compression step 81a at 81c and to transfer it to a coolant 86.
  • the compression stages 81a to 81c each associated with a heat exchanger 80a to 80c may be arranged in series or in parallel.
  • the expansion device 9 comprises at least one stage, for example three stages 88a to 88c, of expansion of the gas, each stage 88a to 88c of relaxation being associated with at least one exchanger 87a at 87c of heat, for example placed at the entrance of each stage 88a to 88c relaxation, recovering the heat of the heat transfer fluid 86 and transfer it to the gas before or during relaxation in each stage 88a to 88c relaxation.
  • the expansion stages 88a to 88c each associated with a heat exchanger 87a to 87c can be arranged in series or in parallel.
  • the heat exchange system then comprises at least one heat reservoir 84, 91 for storing the heat transfer fluid heated by the compression of the gas in the compression installation 8.
  • the heat reservoir 84, 91 is thermally insulated and includes means for placing a heat transfer fluid 86 under pressure.
  • the heat-exchange fluid 86 coming from the exchangers 80a to 80c of the compression installation 8, passes through a pipe 83 thermally insulated and fills the heat reservoir 84, preferably also thermally insulated, placed in the portion containing the gas 2 in the reservoir 1 for storing fluids, so as not to hinder the complete movement of the diaphragm 23
  • the means for putting the heat transfer fluid under pressure comprises, as in FIG. 1 1, a piston 85, thermally insulated, at the interface between the gas in the fluid storage tank 1 and the heat transfer fluid 86 in the reservoir 84, 91 heat.
  • the coolant 86 is therefore maintained at the pressure of the compressed gas 2 in the fluid storage tank 1.
  • heat transfer fluid 86 is water.
  • the volume of the water storage, as heat transfer fluid 86, in the fluid storage tank 1 will not exceed a few% of the volume of the air storage. Heat losses will therefore remain very limited.
  • Each exchanger 87a to 87c of the expansion device 9 is supplied with heat transfer fluid 86 from the heat reservoir 84 inside the fluid storage tank 1 and is connected to the fluid storage tank 1 via an isolated pipe 89. thermally.
  • a pump 90 allows the pressurization of the coolant 86 at the inlet of the exchangers 80a to 80c of the stages 81a to 81c of compression.
  • An expander 97 allows the expansion of the coolant 86 at the outlet of the exchangers 87a to 87c of heat.
  • the storage of the coolant 86 in the heat reservoir 84 located in the fluid storage tank 1 is at the same time as the storage of the gas 2 in the fluid storage tank 1.
  • the generator assembly 16 comprising the turbine 19 controlled by a control system makes it possible to maintain the pressure inside the reservoir 1 for storing the fluids constant during this operation.
  • the removal of the heat transfer fluid 86 from the heat reservoir 84 located in the fluid storage tank 1 is at the same time as the removal of the gas 2.
  • the motor assembly comprising the pump 17 controlled by a control system makes it possible to maintain the constant pressure inside the fluid storage tank 1 during this operation.
  • the heat reservoir 91 for storing the coolant 86 is not positioned in the fluid storage tank 1, but externally thereto.
  • the heat reservoir 91 comprises a portion supplied with heat transfer fluid 86 and a portion supplied with compressed gas, that of the fluid storage reservoir 1, the two parts being situated respectively on either side of a diaphragm 95 placed in the chamber. heat reservoir 91 ensuring the seal between the two parts.
  • the heat reservoir 91 consists of a rigid reservoir resistant to the operating pressure at the storage temperature of the coolant 86, and is provided at one end, for example an upper end, with at least one orifice input and output of a gas, such as air, and towards the other end, therefore the lower end, of at least one inlet and outlet port of the coolant 86.
  • the gas inlet and outlet port of the heat reservoir 91 is connected by one or more pressure-resistant lines 92 to the portion containing the compressed gas 2 of the fluid storage reservoir 1 making it possible to hold the reservoir 91 heat a pressure equal to that of the gas 2 in the reservoir 1 for storing fluids.
  • the gas coming from the fluid storage tank 1 is, before entering the heat reservoir 91, expanded to a pressure substantially greater than the vaporization pressure of the coolant 86 at its storage temperature. This prior expansion is particularly advantageous in the case where the coolant is water, to maintain the water in the liquid state and facilitate storage in the tank 91 of heat.
  • the inlet and outlet port of the heat transfer fluid 86 is connected by one or more pressure-resistant pipes 93 to a pipe 83 coming from heat exchangers 80a to 80c of the compression installation 8, as described previously, and to a pipe 89 from heat exchangers 87a to 87c of the installation 9 of expansion, as described above.
  • the heat reservoir 91 comprises means 94 for thermal insulation.
  • the diaphragm 95 of the heat reservoir 91 also comprises means 96 for thermal insulation, and may for example float on the fluid 86 coolant, its function being to separate the compressed gas, such as air 2, 86 heat transfer fluid, such as hot water.
  • the diaphragm 95 of the heat reservoir 91 may be provided with seals at its periphery.
  • the diaphragm 95 of the heat reservoir 91 may be of a design close to that described for the diaphragm 23 of the fluid storage tank 1.
  • the coolant 86 is advantageously water under pressure and the compressed gas 2 is air.
  • the stages 81a to 81c of compression are then arranged so that the temperature of the air at the outlet of each stage 81 has 81c of compression is substantially lower than the vaporization temperature of the water pressure prevailing in each exchanger 80a to 80c.
  • the water therefore remains in the liquid state in the exchanger 80a at 80c and pressurized hot water leaves each exchanger 80a to 80c through the pipe 83 thermally insulated to the tank 84, 91 of heat.
  • the heat exchange system thus makes it possible to use water as heat transfer fluid 86, with the advantages mentioned in the introduction.
  • FIG. 13 represents an application of a device for storing compressed gas, in particular a device according to the present invention, in which the outlet installation 9 is composed of an installation 101 for expansion of the gas at the outlet of the tank 1 of fluid storage for reducing the pressure of the gas from the high storage pressure established in the fluid storage tank 1 at a lower pressure at the outlet of the expansion device 101, and an industrial installation 102 implementing a method using compressed gas, the lower gas pressure at the outlet of the expansion device 101 corresponding to the pressure of use of the gas in the industrial installation 102.
  • This expansion device 101 is coupled to a generator for producing electrical energy.
  • the Installation 9 output is composed as follows: a facility 101 for expanding the gas from its storage pressure to its operating pressure in the industrial process for producing energy.
  • This expansion facility may also be supplied with heat from the heat storage resulting from the compression of the gas or any other heat source available on the site and in particular from the industrial processes implemented, so as to output the gas at the desired temperature for the industrial process (es).
  • the frigories that is to say the heat losses, due to the expansion of the gas can be used advantageously in industrial processes, such as a gas liquefaction process, or after storage. used to cool the air in the compression plant 8.
  • one or more industrial installations that is to say in which industrial processes using the pressurized gas at its exit from the flashing installation are implemented.
  • the expansion operation in the expansion installation 101 makes it possible to produce electrical energy.
  • the expanded gas is not then released into the atmosphere but is advantageously used by the industrial plant.
  • the gas has not been warmed beforehand or during its expansion by a heat source. Its temperature at its outlet from the expansion device 101 is therefore lower than its storage temperature in the storage tank 1, which makes it possible to use the expanded gas as a cooler either directly in the industrial process in the industrial installation 102 or in any other process.
  • the industrial installation 102 is directly connected to the orifice 36 of the gas outlet of the fluid storage tank 1, so as to directly use the compressed gas.
  • means for setting the gas to the pressure required by the industrial plant 102 may be implemented.
  • the device can be positioned in different variants and the fluid storage tank 1 can be on the ground or under water.
  • the device can thus be used for storage of gas intended to feed an industrial process.
  • the storage densities are also much higher than a constant volume storage because at the high pressures allowed in the reservoir 1 for storing fluids.
  • An additional advantage of storing the gas according to the invention is therefore present when the gas is intended for an industrial process.
  • the device of the invention thus makes it possible to store the gas at a high pressure and with satisfactory densities.
  • any source of pressurized gas available in the industrial process or processes may be used to supply even partially the compression installation 8, and thus reduce the energy requirements consumed by the device.
  • another industrial process implemented at the industrial site in addition to the first would also require a restricted flow of gas stored at a higher pressure closer to that of gas storage, it is advantageous to place between the orifice 36 of the gas outlet of the fluid storage reservoir 1 and the installation 9 of expansion a bypass circuit for supplying this other process in parallel with a high pressure.
  • This branch circuit may contain a member for expanding the gas to the pressure required for the process.
  • the equipment according to the invention thus makes it possible to feed simultaneously or alternately the two industrial processes with a gas at very different pressures.

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Abstract

Dispositif pour le stockage et la restitution de fluides, lesdits fluides comprenant un gaz et un liquide, le dispositif comprenant : au moins un réservoir (1 ) de stockage des fluides, un orifice d'entrée de gaz (2) et un orifice de sortie du gaz, - un orifice d'entrée et un orifice de sortie du liquide, au moins une installation (8) pour injecter du gaz dans le réservoir (1 ) de stockage des fluides; au moins une installation (9) de sortie reliée à l'orifice de sortie du gaz pour évacuer le gaz comprimé, - des moyens de décharge du liquide, au moins un ensemble (15) moteur comprenant au moins une pompe (17) et au moins un moteur (18) pour injecter le liquide sous pression dans le réservoir (1 ) de stockage des fluides par l'orifice d'entrée du liquide.

Description

Dispositif pour le stockage et la restitution de fluides et méthode pour stocker et restituer un gaz comprimé dans un tel dispositif
La présente invention concerne un dispositif de stockage et de restitution d'un gaz comprimé, et en particulier le stockage et la restitution d'énergie électrique par l'intermédiaire d'un gaz comprimé puis détendu.
L'invention inclut également un dispositif permettant d'extraire et de stocker la chaleur résultant de la compression du gaz et de restituer cette chaleur au gaz avant ou pendant sa détente.
L'utilisation de g az com pri mé et pl us particu l ièrement d 'a ir com pri mé représente un poste majeur dans la plupart des secteurs industriels de nos jours. On peut citer sans que cela soit exhaustif les secteurs de l'aéronautique, du spatial, de l'agro- alimentaire, de l'automobile, de la chimie, de la métallurgie, de la verrerie, du pétrole ou encore du verre. La production d'air comprimé utilise à elle seule 10% de l'électricité consommée par l'industrie.
Le stockage avec une grande capacité de ces gaz aux pressions d'utilisation couramment employées dans l'industrie, qui vont de six jusqu'à quelques dizaines de bars, est peu employé compte tenu des faibles densités de stockage et des pressions de restitution variables.
Cela oblige à utiliser des moyens de compression des gaz simultanément aux procédés utilisateurs générant des surcoûts importants, dus par exemple à la consommation d'électricité aux heures pendant lesquelles celle-ci est la plus chère ou encore au dimensionnement important des unités de compression.
Le stockage de l'énergie électrique, qui est une des applications de l'utilisation de gaz comprimé, devient un enjeu majeur afin de pouvoir participer à la stabilité des réseaux électriques, répondre aux pics de demande en période de pointe, participer à l'intégration des énergies intermittentes comme le solaire et l'éolien, permettre le stockage de l'énergie peu chère ou peu polluante en période de faible demande, c'est-à-dire lorsque l'électricité est la moins chère, pour la restituer en période de forte demande, c'est-à-dire lorsqu'elle est la plus chère, complémenter en période de pointe des moyens de production de base peu réactifs, pour ne citer que ces quelques applications. De nombreuses techniques ont été développées, les plus utilisées, s'agissant de stockage à grande échelle, étant le pompage et le turbinage avec stockage hydraulique et le stockage de l'énergie électrique par l'intermédiaire d'air comprimé où l'énergie électrique est utilisée pour comprimer de l'air, cet air étant stocké sous forme comprimée dans des réservoirs artificiels ou naturels. La détente de cet air à travers des machines de détente permet de restituer une partie de l'énergie électrique utilisée pour la compression.
Différents cycles thermodynamiques sont utilisés dans le cadre de cette technique. Le plus simple consiste à comprimer de l'air au moyen de compresseurs, entraînés par des moteurs électriques, permettant une compression multi étagée, avec refroidissements intermédiaires pour approcher d'une compression isotherme et dépenser le moins d'énergie possible durant la compression de l'air. L'air comprimé est alors stocké dans un réservoir, les réservoirs de capacité importante étant à ce jour des cavités souterraines naturelles ou artificielles. Lorsque l'on veut restituer de l'énergie électrique, l'air comprimé est extrait du réservoir, réchauffé par appoint d'énergie thermique extérieure, par exemple grâce à du fuel, du gaz naturel, de l'énergie électrique ou toute autre source de chaleur, et détendu à travers une turbine qui entraîne un générateur électrique. Ce cycle présente des rendements de restitution de l'énergie assez faible compte tenu notamment de la nécessité de fournir de l'énergie thermique extérieure pour réchauffer l'air avant passage dans la turbine, la chaleur générée lors de la compression de l'air étant perdue pour le cycle.
De nombreux autres cycles thermodynamiques ont été proposés avec récupération de chaleur à la sortie de la turbine permettant d'améliorer le rendement global du cycle.
Un des cycles, dit « adiabatique », consiste à utiliser des compresseurs polytropiques, à extraire la chaleur de l'air comprimé à chaque étage de compression et à stocker cette chaleur, l'air comprimé étant stocké dans un réservoir. Lorsque l'on veut restituer de l'énergie électrique, l'air comprimé est extrait du réservoir, réchauffé grâce à la chaleur stockée lors de sa compression et détendu à travers une turbine qui entraîne un générateur électrique. Ce cycle « adiabatique » permet de ne pas utiliser de complément de chaleur extérieur et présente des rendements supérieurs à 70% compte tenu de la récupération de la chaleur produite lors de la compression. Il n'émet aucun CO2.
A ce jour, les installations de stockage de gaz de capacité importantes utilisent des cavités souterraines naturelles ou artificielles ou des réservoirs rigides manufacturés pour stocker l'air sous pression.
Les cavités souterraines nécessitent un contexte géologique particulier en termes d'étanchéité, de pression admissible par la roche environnante et de risque sismique. Les possibilités de lieux d'implantation sont donc limitées et ne correspondent pas nécessairement aux localisations où le stockage de l'énergie électrique est souhaité, par exemple à cause de leur éloignement des lieux de consommation ou de production, ou de l'insuffisance du réseau électrique dans ces lieux.
Un des inconvénients majeurs de ces installations est qu'elles ne permettent pas le maintien d'une pression constante lors des opérations de stockage et de déstockage de l'air.
Cela nécessite alors soit une installation de compression pouvant fonctionner à pression de sortie variable, une installation de détente pouvant fonctionner à pression d'entrée variable et une utilisation du stockage d'air limitée à un intervalle de pression correspondant à l'intervalle de pression dans lequel peuvent fonctionner les installations de compression et de détente, soit de réguler la pression d e sortie d u stockage à l a va leu r m i n i m u m d e l ' i nterval l e d e fonctionnement du stockage. Ces variations de pression influent grandement sur le rendement de l'installation ainsi que sur la capacité utile du stockage d'air comprimé. A titre d'exemple, l'installation de Huntorf en Allemagne utilise un stockage souterrain de 310 000 m3 dans l'intervalle de pression de 43 à 70 bars. L'installation de Mac Intosh aux USA utilise un stockage souterrain de 370 000 m3 dans l'intervalle de pression de 45 à 80 bars. On peut remarquer que les pressions maximum, compte tenu des contraintes de stabilité des cavités souterraines, se limitent à 80 bars et que l'intervalle de pression d'utilisation est d'environ 40 bars. Ces deux facteurs limitent considérablement l'énergie pouvant être stockée par unité de volume du réservoir. Un concept a été proposé dans le document US 4355923 permettant, dans le cadre d'une cavité souterraine, d'obtenir une pression constante grâce à la mise en relation de la cavité avec un réservoir hydraulique situé plus haut. Ce concept nécessite à la fois des conditions géologiques très particulières et limite la pression dans le réservoir à la pression hydrostatique générée par le réservoir hydraulique.
Plus récemment, deux concepts de stockage de gaz sous marins ont été proposés, l'un faisant appel à un réservoir sous marin souple, comme dans le document US 6863474 B2, et l'autre à un réservoir sous marin rigide, comme dans le document US 7735506 B2, permettant de maintenir la pression du gaz à la pression hydrostatique régnant à la profondeur où est implanté le stockage. Le fait de pouvoir maintenir une pression constante lors des opérations de stockage et de déstockage du gaz constitue un atout majeur de ces concepts. Cependant, il est certain, s'agissant d'installations sous marines à grande profondeur, qu'elles seront complexes et coûteuses à mettre en œuvre et à opérer.
Ces deux concepts ont également l'inconvénient de ne pouvoir fonctionner qu'à une pression correspondant à la pression hydrostatique régnant à la profondeur où est implanté le stockage.
Or, il apparaît que pour un type de réservoir donné, on a intérêt économiquement à stocker le gaz à la pression maximum compatible à la fois avec les contraintes mécaniques dans le matériau constituant le réservoir et avec les épaisseurs maximum pouvant être mises en œuvre techniquement. Il est donc d'un grand intérêt de pouvoir choisir la pression dans le stockage indépendamment de l'environnement extérieur.
Enfin, les cycles « adiabatiques » qui associent des rendements potentiels intéressants à des machines de compression et de détente classiques nécessitent de stocker des quantités importantes de chaleur. Les stockages à chaleur sensible, c'est à dire sans changement d'état, font appel soit à des solides comme de la roche, du béton, du sable, du graphite ou des céramiques avec la difficulté de dimensionner des échangeurs satisfaisants, soit à des liquides comme des huiles ou des sels dont la plupart présentent des risques certains pour l'environnement et des difficultés de stockage. Les stockages à chaleur latente malgré un potentiel intéressant, c'est-à-dire avec changement d'état, sont encore peu utilisés. L'eau, avec sa chaleur sensible très élevée, sa bonne conductivité thermique, la possibilité de l'utiliser comme fluide caloporteur et comme fluide de stockage de la chaleur, son coût peu élevé et enfin son absence de danger pour l'environnement représente un excellent candidat si ce n'est l'importante pression de stockage nécessaire pour des températures élevées.
Le dispositif selon l'invention permet d'apporter une réponse à ces difficultés. Notamment:
- il permet de stocker et déstocker un gaz dans une enceinte rigide, à très haute pression quasi constante grâce à un liquide, cette pression pouvant être choisie indépendamment des conditions de pression dans l'environnement du stockage, notamment la pression hydrostatique dans le cas d'un stockage sous l'eau ;
- il permet de récupérer en très grande partie l'énergie dépensée pour maintenir ce gaz à pression quasi constante pendant l'opération de déstockage du gaz ;
- il permet de récupérer en grande partie l'énergie de compression dépensée pour comprimer le gaz à une pression de stockage largement supérieure à celle de la pression d'utilisation dans un procédé industriel ainsi que les frigories produites lors de la détente du gaz ;
- la partie stockage du dispositif peut être installée à terre, sans nécessiter un contexte géologique ou topographique particulier, ou sous l'eau, ce qui permet alors de bénéficier de la pression hydrostatique régnant au niveau du stockage à la fois en termes de résistance de l'enceinte et de pressions de pompage et de turbinage hydrauliques réduites ;
- il permet de profiter avantageusement de la présence de réservoirs hydrauliques existants ;
- il offre une quantité d'énergie électrique stockée par m3 de stockage très supérieure aux installations existantes,
- il permet de répondre de manière rapide à une forte demande en énergie ;
Par ailleurs :
- le dispositif permet d'assurer l'étanchéité du gaz vis-à-vis du liquide pour maintenir le gaz à pression quasi constante ; - il permet avantageusement d'installer la partie de stockage aussi bien dans une position verticale qu'horizontale et même dans une position inclinée ;
- il permet de limiter l'effet des fuites de la partie de stockage qui résulterait des défauts d'étanchéité du système de séparation gaz / liquide.
De plus :
- le dispositif permet de stocker de la chaleur dans le cadre d'un fonctionnement adiabatique ;
- il permet l'utilisation de l'eau comme fluide caloporteur pour stocker la chaleur dans le cadre d'un cycle « adiabatique » ;
- il peut n'utiliser aucun fluide présentant des risques pour l'environnement.
En outre :
- le dispositif peut être utilisé pour garantir un stockage du gaz peu coûteux pour une util isation industrielle du gaz à une pression inférieure à la pression de stockage,
- le dispositif peut permettre une utilisation mixte de stockage et restitution d'énergie,
- le dispositif peut avantageusement être implanté directement sur un site industriel pour profiter des installations du site et également pour fournir les installations du site.
A cet effet, selon un premier aspect, l'invention concerne un dispositif pour le stockage et la restitution de fluides, lesdits fluides comprenant un gaz et un liquide le dispositif comprenant :
au moins un réservoir de stockage des fluides, comprenant une partie contenant le gaz et une partie contenant le liquide,
un orifice d'entrée relié à une source de gaz et un orifice) de sortie du gaz, débouchant dans la partie contenant le gaz du réservoir de stockage des fluides, un orifice d'entrée et un orifice de sortie du liquide, débouchant dans la partie contenant le liquide du réservoir,
au moins une installation de compression reliée d'une part à une source en gaz, et d'autre part à l'orifice d'entrée du gaz, pour injecter du gaz comprimé à une pression d'entrée dans le réservoir de stockage des fluides ; au moins une installation de sortie reliée à l'orifice de sortie du gaz pour évacuer le gaz comprimé,
des moyens de décharge du liquide,
au moins un ensemble moteur, relié d'une part à une source du liquide, et d'autre part à l'orifice d'entrée du liquide, l'ensemble moteur comprenant au moins une pompe et au moins un moteur pour injecter le liquide sous pression dans le réservoir de stockage des fluides par l'orifice d'entrée du liquide.
Le dispositif offre ainsi de nombreuses possibilités d'utilisation, pour stocker et restituer un gaz à une pression déterminée, et trouve de nombreuses application, dans les domaines de l'énergie et de tout procédé industriel utilisant un gaz comprimé.
Le stockage et la restitution du gaz se fait à moindre coût et de manière fiable.
De préférence, le dispositif comprend des moyens de séparation entre le gaz et le liquide dans le réservoir de stockage des fluides, de manière à éviter le mélange entre le gaz et le liquide.
Selon un mode de réalisation les moyens de séparation comprennent une membrane souple déformable sous la pression dans le réservoir de stockage des fluides, pour accompagner les variations de volume de la partie contenant le liquide et de la partie contenant le gaz.
Selon un deuxième aspect, l'invention propose que les moyens de séparation entre le gaz et le liquide comprennent un diaphragme rigide et mobile définissant une surface de séparation entre le liquide et le gaz dans le réservoir de stockage des fluides, et comprenant des surfaces d'appui sur le réservoir de stockage des fluides, les surfaces d'appui étant décalées de part et d'autres de la surface de séparation.
Une telle disposition pourra être mise en œuvre dans tout réservoir de stockage de fluides comprenant plusieurs fluides.
Les surfaces d'appui décalées de la surface de séparation permettent d'éviter le basculement du diaphragme rigide sous l'effet de la distribution non uniforme des pressions sur le diaphragme, qui causerait des fuites entre la partie contenant le liquide et la partie contenant le gaz. De préférence, le diaphragme est muni de joints d'étanchéité à sa périphérie, pour assurer l'étanchéité entre la partie contenant le gaz et la partie contenant le liquide.
De plus, les surfaces appuis du diaphragme peuvent être munies de mécanismes de roulement pour faciliter le mouvement du diaphragme dans le réservoir de stockage des fluides et accompagner les variations de volume de la partie contenant le liquide et de la partie contenant le gaz.
Les surfaces d'appui peuvent être continues sur la périphérie du diaphragme, être réparties de manière discontinue sur la périphérie du diaphragme ou encore présenter pour chaque surface d'appui une surface unitaire avec le réservoir différente selon la surface d'appui.
De manière particulièrement avantageuse, la partie contenant du liquide est reliée à la partie contenant du gaz d'une part par une première canalisation munie d'une pompe, permettant de ramener du liquide dans la partie contenant le gaz vers la partie contenant le liquide et d'autre part par une deuxième canalisation munie d'un compresseur, permettant de ramener du gaz dans la partie contenant le liquide vers la partie contenant le gaz.
Cette disposition trouve un intérêt particulier dans le cas où le réservoir est posé au sol et présente une inclinaison par rapport à l'horizontal. Ainsi, en cas de défaillance du diaphragme, et ce pour tout type de réservoir de stockage de fluides, provoquant une fuite de liquide vers la partie contenant le gaz et inversement, une fuite du gaz vers la partie contenant le liquide, ces fuites sont récupérées.
Selon un troisième aspect, l'invention propose la mise en place d'un système d'échange de chaleur entre le gaz et un fluide caloporteur, lors de la compression du gaz dans l'installation de compression et lors de la détente du gaz dans l'installation de détente, afin d'obtenir un cycle adiabatique de compression et de détente du gaz.
Plus précisément, le système d'échange de chaleur comprend un réservoir de chaleur pour stocker le fluide caloporteur réchauffé par la compression du gaz, ledit réservoir de chaleur étant isolé thermiquement et comprend des moyens pour mettre le fluide caloporteur sous pression. Selon un premier mode de réalisation, le réservoir de chaleur est placé dans la partie contenant le gaz du réservoir de stockage des fluides, et comprend un piston en interface entre le gaz dans le réservoir de stockage des fluides et le fluide caloporteur dans le réservoir de chaleur.
Ainsi, le fluide caloporteur est conservé sous pression notamment pour éviter sa vaporisation sans utiliser des moyens supplémentaires mais en utilisant la pression du gaz comprimé, ce qui limite l'encombrement et le coût du dispositif.
Selon un deuxième mode de réalisation, le réservoir de chaleur est placé en dehors du réservoir de stockage des fluides et comprend une partie alimentée en fluide caloporteur et une partie alimentée en gaz comprimé, les deux parties étant situées de part et d'autre d'un diaphragme placé dans le réservoir de chaleur assurant l'étanchéité entre les deux parties.
En plus des avantages cités pour le premier mode de réalisation, le deuxième mode de réalisation permet de ne pas diminuer le volume de stockage du gaz dans le réservoir de stockage des fluides.
De préférence, le fluide caloporteur est de l'eau, qui, en plus d'être bon marché et largement disponible, est sans risque de pollution pour l'environnement.
Ces modes de réalisation de système d'échange de chaleur pourront être mis en œuvre en combinaison avec tout réservoir de stockage de gaz. Ils permettent l'utilisation de l'eau comme fluide caloporteur en maintenant l'eau sous pression et en évitant sa vaporisation.
Le dispositif pourra comprendre par ailleurs les dispositions suivantes, seules ou en combinaison :
l'orifice d'entrée du liquide est confondu avec l'orifice de sortie du liquide, l'orifice d'entrée du gaz est confondu avec l'orifice de sortie du gaz, le dispositif comprend une pluralité de réservoirs de stockage des fluides, et comprend un ensemble de vannes sur les orifices d'entrée et de sortie du gaz et un ensemble de vannes sur les orifices d'entrée et de sortie du liquide permettant de choisir les réservoirs pour lesquels le gaz est injecté et les réservoirs pour lesquels le gaz est évacué.
Avantageusement, le dispositif utilise de l'air et de l'eau, largement disponibles et peu coûteux. Selon un quatrième aspect, l'invention propose que le dispositif permette une utilisation mixte. A cet effet, l'installation de sortie comprend une installation de détente, comportant au moins un détendeur et un générateur électrique pour produire de l'énergie électrique par détente du gaz comprimé. L'installation de sortie peut comprendre de plus une installation industrielle, reliée à l'installation de détente pour utiliser le gaz détendu dans un procédé industriel, ou reliée à l'orifice de sortie du gaz pour utiliser le gaz comprimé dans un procédé industriel.
Ainsi, quel que soit le dispositif de stockage et de restitution d'un gaz, au lieu de relâcher le gaz détendu après production d'énergie, le gaz, à une pression déterminée après détente ou non, peut être utilisé dans un procédé industriel, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de mettre en œuvre des structures supplémentaires. En implémentant un dispositif de stockage et de restitution d'un gaz comprimé directement sur un site industriel, non seulement il est possible de produire l'énergie nécessaire aux installations sur le site, mais aussi de les fournir en gaz.
Eventuellement, l'installation de sortie peut comprendre des moyens pour mettre le gaz à la pression requise par l'installation industrielle de manière à délivrer à l'installation le gaz à une pression déterminée à moindre coût.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les moyens de décharge du liquide comprennent un ensemble générateur relié à l'orifice de sortie du liquide, l'ensemble générateur comprenant une turbine et un générateur, le liquide évacué passant par la turbine pour générer de l'énergie électrique par le générateur.
Un système de régulation et de commande de l'ensemble moteur et un système de régulation et de commande de l'ensemble générateur permettent de contrôler respectivement leur puissance ainsi que la pression dans le réservoir de stockage des fluides, pour permettre différents régimes de fonctionnement.
Ainsi, dans ce cas, selon un cinquième aspect, l'invention propose une méthode pour stocker et restituer un gaz comprimé dans un dispositif tel que décrit ci-dessus comprenant les étapes suivantes :
une étape de stockage du gaz, comprenant les opérations suivantes :
• compression du gaz dans l'installation de compression, • injection du gaz dans le réservoir de stockage des fluides par l'orifice d'entrée du gaz,
• simultanément à l'injection du gaz, évacuation du liquide vers l'ensemble générateur par l'orifice de sortie du liquide, le système de régulation et de contrôle de l'ensemble générateur pour évacuer le liquide maintenant la pression constante dans le réservoir de stockage des fluides,
une étape de restitution du gaz, comprenant les opérations suivantes :
• injection du liquide depuis la source de liquide par l'orifice d'entrée du liquide dans le réservoir de stockage des fluides,
• simultanément à l'injection du liquide, évacuation du gaz vers l'installation de sortie, le système de régulation et de contrôle de l'ensemble moteur pour injecter le liquide maintenant la pression constante dans le réservoir de stockage des fluides.
Ce régime de fonctionnement, dit principal, permet de stocker et de restituer le gaz à une pression quasiment constante tout au long des étapes, ce qui est particulièrement avantageux pour produire de l'énergie mais également pour fournir en gaz une installation industrielle.
L'étape de stockage et l'étape de restitution peuvent avoir lieu simultanément.
Différents régimes transitoires, qui ne durent que quelques minutes ou dizaines de minutes, peuvent être mis en œuvre par le dispositif.
Un régime transitoire peut être mis en œuvre dans une méthode pour démarrer le dispositif à partir d'un état dans lequel l'ensemble moteur, l'ensemble générateur, l'installation de compression et l'installation de détente sont à l'arrêt et dans lequel le réservoir de stockage des fluides contient du gaz comprimé et du liquide, la méthode comprenant les étapes suivantes :
prise en compte d'une demande d'un niveau d'énergie,
démarrage et augmentation de la puissance de l'installation de détente pour atteindre le niveau d'énergie demandé, par évacuation du gaz hors du réservoir de stockage des fluides,
simultanément à l'étape précédente, démarrage et augmentation de la puissance de l'ensemble générateur, de manière à produire de l'énergie selon la demande par évacuation du liquide hors du réservoir de stockage des fluides, le système de contrôle et de commande de l'ensemble générateur contrôlant la baisse de pression dans le réservoir de stockage des fluides,
diminution de la puissance de l'ensemble générateur au fur et à mesure de l'augmentation en puissance de l'installation, l'ensemble générateur étant à l'arrêt lorsque l'installation de détente produit l'énergie demandée,
suite à l'étape précédente, mise en route et augmentation de la puissance de l'ensemble moteur simultanément à l'augmentation de la puissance de l'installation de détente, le système de contrôle et de commande de l'ensemble moteur contrôlant l'augmentation de la pression dans le réservoir de stockage des fluides jusqu'à atteindre la pression désirée,
mise en œuvre de la méthode de stockage et de restitution.
L'énergie est ainsi produite de manière rapide grâce à l'utilisation de la partie hydraulique, augmentant la puissance du dispositif très rapidement à partir de la commande. Un régime transitoire peut être réalisé également lorsque le dispositif est dans l'étape de restitution du gaz et qu'un niveau d'énergie supérieur à ce que le dispositif fournit est demandé. A cet effet il est mis en œuvre une étape transitoire comprenant les opérations suivantes :
prise en compte d'une demande d'un niveau d'énergie supérieure à celle fournie par l'installation de détente,
augmentation de la puissance de l'installation de détente,
simultanément à l'étape précédente, diminution de la puissance de l'ensemble moteur pour permettre au dispositif de fournir plus d'énergie,
si la puissance de l'ensemble moteur est diminuée jusqu'à l'arrêt et que le niveau d'énergie demandé n'est pas atteint par le dispositif :
• mise en route et augmentation de la puissance de l'ensemble générateur pour fournir le niveau d'énergie demandé par évacuation du liquide par l'orifice de sortie du liquide du réservoir de stockage des fluides,
• lorsque le dispositif atteint le niveau d'énergie demandé, diminution de la puissance de l'ensemble générateur au fur et à mesure que la puissance de l'installation de détente augmente, • à l'arrêt de l'ensemble générateur, mise en route et augmentation de la puissance de l'ensemble moteur simultanément à l'augmentation de puissance de l'installation de détente pour retrouver une pression déterminée dans le réservoir de stockage des fluides
sinon, lorsque le dispositif atteint le niveau d'énergie demandé, mise en route et augmentation de la puissance de l'ensemble moteur simultanément à l'augmentation de puissance de l'installation de détente pour retrouver une pression déterminée dans le réservoir de stockage des fluides,
reprise des opérations de l'étape de restitution.
Là encore, la variation de puissance du dispositif peut être rapidement augmentée en utilisant la partie hydraulique de manière temporaire.
De même, un régime transitoire peut être mis en œuvre lorsque le dispositif est dans l'étape de stockage du gaz. A cet effet il est mis en œuvre une étape transitoire comprenant les opérations suivantes :
prise en compte d'une variation du niveau d'énergie fournie à l'installation de compression,
lorsque la variation est une baisse, augmentation de la puissance de l'ensemble générateur pour produire de manière compensatoire l'énergie nécessaire à l'installation de compression par évacuation du liquide hors du réservoir de stockage des fluides,
lorsque la variation est une augmentation, augmentation de la puissance de l'ensemble moteur pour consommer l'énergie non consommée par l'installation de compression par injection de liquide dans le réservoir de stockage des fluides.
Ainsi, le dispositif peut suivre des variations de puissance importantes et rapides de la source électrique.
Les dessins annexés illustrent l'invention :
- la figure 1 représente un schéma général du dispositif de stockage et de restitution d'un gaz comprimé selon l'invention ;
- la figure 2 représente une vue plus détaillée d'un réservoir de stockage de fluides ;
- la figure 3 représente un mode de réalisation où la séparation gaz / liquide dans le réservoir de stockage n'est pas dans un plan horizontal ; - la figure 4 représente un mode de réalisation avec un réservoir de liquide situé en altitude ;
- la figure 5 représente un mode de réalisation avec un réservoir de liquide situé en altitude et la possibilité de turbiner des apports extérieurs ;
- la figure 6 représente un mode de réalisation avec un réservoir en liquide situé en altitude et une turbine étagée ;
- la figure 7 représente un mode de réalisation où le réservoir de stockage des fluides est placé sous l'eau, posé au fond ;
- la figure 8 représente un mode de réalisation où le réservoir de stockage des fluides est placé sous l'eau, entre deux eaux ;
- la figure 9 représente un mode de réalisation avec plusieurs réservoirs de stockage des fluides ;
- la figure 10 représente un mode de réalisation permettant le lissage de l'énergie électrique ;
- la figure 1 1 représente un schéma général de l'invention auquel a été incorporé un stockage de chaleur dans un réservoir de stockage des fluides. ;
- la figure 12 représente un schéma général de l'invention avec un stockage de chaleur extérieur au réservoir de stockage des fluides.
- la figure 13 représente le dispositif suivant l'invention dans lequel l'installation de sortie est constituée d'une installation de détente permettant de produire de l'énergie électrique suivie d'une application industrielle du gaz.
La figure 1 représente un schéma général d'un dispositif de stockage et de restitution d'un gaz selon une des dispositions possible de l'invention. Le dispositif comporte au moins un réservoir 1 rigide de stockage de fluides dans lequel la pression d'un gaz est maintenue constante grâce à un liquide. Avantageusement, dans ce qui suit, les fluides utilisés sont de l'air comme gaz, et de l'eau comme liquide, étant entendu toutefois qu'un autre gaz et un autre liquide pourront être utilisés.
Le réservoir 1 de stockage de fluides, représenté plus en détail dans la figure 2, peut être constitué d'acier, de béton ou de matériaux composites. Son épaisseur et sa conception permettent de résister à la pression interne des fluides qu'il contient. Le corps du réservoir 1 de stockage des fluides peut être de forme cylindrique et muni à ses extrémités de fonds 4 et 5 classiquement de forme hémisphérique ou semi-elliptique afin d'offrir la meilleure résistance aux contraintes dues à la pression des fluides stockés.
Le corps du réservoir 1 de stockage des fluides peut, suivant les applications, être constitué de canalisations en acier, telles que celles utilisées pour le transport du gaz sous pression. A titre d'exemples, une telle canalisation, constituée d'acier X80, d'un diamètre de 1 .4m et dimensionnée pour stocker de l'air à 120 bars, présente une épaisseur de paroi d'environ 40mm ; une canalisation en acier X52, d'un diamètre de 1 .2m et dimensionnée pour stocker de l'air à 80 bars présente une épaisseur de paroi d'environ 24mm.
La capacité du réservoir 1 de stockage des fluides peut être de quelques dizaines de m3 à quelques dizaines de milliers de m3 suivant les applications.
Le réservoir 1 est équipé des supports nécessaires à son maintien.
Le réservoir 1 est muni prés d'une première extrémité d'au moins un orifice 36 du gaz relié d'une part à une source de gaz et d'autre part débouchant dans une partie contenant le gaz 2 dans le réservoir 1 de stockage des fluides, permettant l'écoulement du gaz sortant ou rentrant dans le réservoir 1 de stockage des fluides. On a représenté sur les figures 1 à 8, 1 1 et 12 l'exemple dans lequel l'orifice 36 du gaz est à la fois un orifice d'entrée et un orifice de sortie du gaz du réservoir 1 de stockage des fluides, étant entendu que l'orifice de sortie peut être distinct de l'orifice d'entrée du gaz, comme il sera vu plus loin.
L'orifice 36 du gaz, en tant qu'orifice d'entrée, est relié par une canalisation 6 résistant à la pression du gaz 2 à au moins une installation 8 de compression qui délivre du gaz 2 sous pression à stocker lorsque l'on désire stocker le gaz et, en tant qu'orifice de sortie, à au moins une installation 9 de sortie qui utilise le gaz 2 sous pression lorsque l'on désire déstocker l'air 2.
L'installation 8 de compression est constituée, dans la figure 1 , d'au moins un compresseur 13 d'air accouplé à au moins un moteur électrique 14 et permet de produire et de délivrer de l'air comprimé à pression constante dans le réservoir 1 de stockage des fluides en utilisant de l'énergie électrique. La flèche 25 sur la figure 1 représente le sens de l'écoulement du gaz à la sortie de l'installation 8. L'installation 8 de compression pourra également comprendre une pluralité de compresseurs et de moteurs, disposés en parallèle, chaque compresseur étant relié au réservoir 1 de stockage des fluides par un orifice d'entrée du gaz qui lui est propre. En variante, l'installation 8 de compression comprend une pluralité de compresseurs et de moteur disposés en série, la pression des compresseurs étant croissante depuis un premier compresseur alimenté en gaz à basse pression jusqu'à un dernier compresseur relié à l'orifice 36 d'entrée du gaz dans le réservoir 1 de stockage des fluides pour fournir au réservoir 1 de stockage des fluides le gaz comprimé à la pression désirée.
L'installation 9 de sortie est par exemple, comme illustré sur la figure 1 , une installation de détente et est alors constituée d'au moins un détendeur 10 accouplé à au moins un générateur électrique 1 1 . Une chambre 12 de combustion permet avantageusement de réchauffer l'air à l'entrée du détendeur 10. L'installation 9 de détente utilise l'air comprimé à pression constante délivré par le réservoir 1 de stockage des fluides pour produire de l'énergie électrique. La flèche 26 sur la figure 1 représente le sens de l'écoulement de l'air à l'entrée de l'installation 9 de détente.
De manière similaire à l'installation 8 de compression, l'installation 9 de détente peut comprendre une pluralité de détendeurs et de générateurs, par exemple disposés en parallèle, les détendeurs étant alimentés en gaz comprimé par un même orifice de sortie du gaz ou chacun par un orifice de sortie du gaz qui lui est propre. Les détendeurs peuvent également être disposés en série, depuis un premier détendeur alimenté en gaz comprimé du réservoir 1 de stockage des fluides jusqu'à un dernier détendeur fournissant du gaz détendu à la pression désirée.
Le dispositif permet ainsi de stocker l'énergie électrique dans le réservoir 1 de stockage des fluides sous forme de gaz comprimé, tel que de l'air comprimé, fourni par l'installation 8 de compression et de récupérer cette énergie électrique par la détente du gaz dans l'installation 9 de détente.
En variante, l'installation 9 de sortie utilise directement le gaz comprimé, par exemple dans un procédé industriel. Il a été cité dans l'introduction des exemples de domaines industriels mettant en œuvres de procédés utilisant du gaz comprimé.
Le réservoir 1 de stockage des fluides est muni prés d'une deuxième extrémité, d'au moins un orifice 35 du liquide débouchant dans une partie contenant du liquide 3 du réservoir 1 de stockage des fluides, afin de permettre l'écoulement du liquide entrant et sortant du réservoir 1 de stockage des fluides.
Sur les figures 1 à 8, 1 1 et 12, l'orifice 35 du liquide est à la fois un orifice d'entrée et de sortie pour le liquide. Cependant, comme il sera vu plus loin, le réservoir 1 de stockage des fluides peut comprendre un orifice d'entrée du liquide et un orifice de sortie du liquide distincts.
Afin de maintenir le gaz 2 comprimé à une pression constante dans le réservoir 1 de stockage des fluides, l'orifice 35 du liquide, en tant qu'orifice d'entrée, est relié par une canalisation 7 résistant à la pression du liquide à un ensemble 15 moteur comprenant au moins une pompe 17 et au moins un moteur 18. Des moyens de décharge reliés par la canalisation 7 à l'orifice 35 de sortie de liquide permettent d'évacuer le liquide hors du réservoir 1 de stockage des fluides. Selon un mode de réalisation préféré, les moyens de décharge comprennent au moins un ensemble 16 générateur comprenant une turbine 19 accouplée à au moins une génératrice 20 électrique.
Sur les figures, il est représenté le dispositif de stockage et de restitution du gaz comprenant un seul ensemble 15 moteur et un seul ensemble 16 générateur. Cependant, le dispositif peut comprendre plusieurs ensemble 15 moteur reliés à l'orifice 35 du liquide, par exemple disposés en série, ou reliés chacun à un orifice d'entrée du liquide qui lui est propre, et donc disposés en parallèle. De même, le dispositif de stockage peut comprendre plusieurs ensemble 16 générateur montés en parallèle et relié à un même orifice de sortie du liquide, ou disposés en série et reliés chacun à un orifice de sortie du liquide qui lui est propre.
La flèche 27 sur la figure 1 représente le sens de l'écoulement du liquide à travers la pompe 17. La pompe 17 est reliée en amont par une canalisation 21 à au moins un réservoir 22 de liquide. Ainsi, dans le cas où le dispositif comprend plusieurs ensembles 15 moteur, une même source de liquide pourra alimenter chaque pompe de chaque ensemble 15 moteur, ou il peut être prévu plusieurs sources de liquide alimentant de manière indépendante une ou plusieurs pompes.
La flèche 28 sur la figure 1 représente le sens de l'écoulement du liquide à travers la turbine 19. La turbine 19 est avantageusement reliée en aval par une canalisation 21 au réservoir 22 de liquide.
Il est maintenant décrit le fonctionnement du dispositif de stockage dans lequel le gaz est de l'air et le liquide est de l'eau.
Lors d'une étape dite de stockage de l'air, l'air fourni sous une pression d'entrée par l'installation 8 de compression entre dans la partie contenant de l'air 2 du réservoir 1 de stockage des fluides, à travers l'orifice 36 de l'air et demeure à une pression de stockage très proche de la pression d'entrée. L'air exerce alors une pression de stockage très proche de la pression d'entrée sur l'eau 3, soit directement soit, comme il sera vu plus loin, par l'intermédiaire de moyens de séparation de l'air et de l'eau 3, par exemple un diaphragme 23.
Sous l'effet de cette pression de l'air, l'eau 3 est évacuée de la partie inférieure du réservoir 1 de stockage des fluides à travers l'orifice 35 de l'eau.
Selon le mode de réalisation préféré, l'eau ainsi évacuée entraîne la turbine 17 hydraulique de l'ensemble 16 générateur, ce qui permet de produire de l'énergie électrique. Un système de régulation et de commande de l'ensemble 16 générateur permet de maintenir l'air à une pression de stockage constante tout au long des opérations de stockage de l'air.
Lors d'une étape dite de déstockage de l'air 2, l'eau 3 est pompée par la pompe 17 hydraulique de l'ensemble 15 moteur à une pression quasi égale à la pression de stockage dans le réservoir 1 de stockage des fluides, et entre dans la partie inférieure du réservoir 1 de stockage des fluides par l'orifice 35 à une pression très proche de la pression de stockage. L'eau exerce alors une pression très proche de la pression de stockage sur l'air 2 dans le réservoir 1 de stockage des fluides.
Sous l'effet de cette pression exercée par l'eau, l'air est évacué du réservoir 1 des fluides à travers l'orifice 36 de l'air et alimente à une pression constante très proche de la pression de stockage l'installation 9 de sortie. Un système de régulation et de commande du l'ensemble 15 moteur permet de maintenir une pression du gaz constante tout au long des opérations de déstockage du gaz.
La figure 4 représente une variante dans laquelle un réservoir 40 de liquide situé à une altitude supérieure à celle du réservoir 1 de stockage des fluides permet d'alimenter en liquide le dispositif. Le réservoir 40 de liquide peut alors être par exemple un réservoir hydraulique, comme une retenue naturelle ou artificielle d'eau, situé en hauteur par rapport au réservoir 1 de stockage des fluides. Dans cette configuration, la pompe hydraulique 17 est alimentée en eau, par l'intermédiaire d'une canalisation 41 , par le réservoir 40 hydraulique. La pompe 17 ne doit alors élever la pression de l'eau que de la différence entre la pression à l'intérieur du réservoir 1 de stockage des fluides et celle correspondant à la différence d'altitude entre le réservoir 40 hydraulique et la pompe 17 hydraulique. L'énergie à fournir à la pompe 17 est alors diminuée d'autant. La turbine 19 est également reliée au réservoir 40 hydraulique par la même canalisation 41 que celle reliant la pompe 17 et le réservoir 40 hydraulique, pour permettre de restituer dans le réservoir 40 hydraulique, lors du stockage de l'air dans le réservoir 1 de stockage des fluides, l'eau extraite par la pompe 17 lors du déstockage de l'air dans le réservoir 1 de stockage des fluides.
La figure 5 représente une variante du cas précédent où le réservoir 40 de liquide est alimenté par des apports 42 extérieurs en liquide. Il peut s'agir par exemple d'une rivière venant alimenter en eau le réservoir 40 hydraulique. Il est alors possible d'utiliser la turbine 19 pour turbiner les apports 42 d'eau extérieurs du réservoir 40 hydraulique. Dans ce cas, l'eau en sortie de turbine 19 est déchargée à l'altitude de la turbine 19 par une évacuation 44 à l'air libre et la turbine 19 peut être soit directement alimentée par la pompe 17 soit par l'eau 3 après passage dans le réservoir 1 de stockage des fluides.
On peut également, comme représenté sur la figure 6, avoir une installation de turbinage hydraulique séparée, comprenant deux étages 45 et 46 de turbinage permettant une alimentation pour la totalité des étages 45, 46 de turbinage par le réservoir 1 de stockage des fluides et pour un seul étage aval 46 de turbinage correspondant à la hauteur de chute entre le réservoir 40 hydraulique et la turbine de l'étage aval 46 de turbinage directement par le réservoir 40 hydraulique. Les dispositions de la figure 5 et de la figure 6 permettent, tout en utilisant le dispositif de l'invention pour stocker de l'énergie électrique en utilisant l'eau stockée dans le réservoir 40 hydraulique, de produire de l'électricité par turbinage des apports d'eau extérieurs 42 sans installation complémentaire.
La figure 7 représente une variante où le réservoir 1 de stockage des fluides est installé sous l'eau, par exemple dans la mer 53, posé sur le fond 50. Des canalisations 51 reliant l'installation 8 de compression d'air et l'installation 9 de sortie, qui sont situées à terre sur le littoral, avec le réservoir 1 de stockage des fl u ides su ivent le tombant où el les sont posées. De la même façon, des canalisations 52 reliant l'ensemble 15 moteur et l'ensemble 16 générateur avec le réservoir 1 de stockage des fluides sont posées sur le tombant. Comme représenté en figure 7, la partie des canalisations 51 , 52 située prés de la surface peut être souterraine de manière à protéger les canalisations 51 , 52 de la houle et à ne pas endommager le littoral. L'eau peut être pompée et turbinée directement dans la mer 53, comme représenté, ou à partir d'un réservoir situé à terre alimenté en eau de mer ou en eau douce.
Cette disposition du réservoir 1 de stockage des fluides au fond de l'eau permet de diminuer, à pression de stockage égale avec une installation à terre, les contraintes exercées sur les parois du réservoir 1 de stockage des fluides, l'eau dans laquelle est immergée le réservoir 1 de stockage des fluides exerçant une contre pression extérieure proportionnelle à la profondeur H du réservoir 1 de stockage des fluides sous l'eau. Il sera alors possible de diminuer d'autant les épaisseurs des parois du réservoir 1 de stockage des fluides.
Sur la figure 8, le réservoir 1 de stockage des fluides est positionné entre deux eaux. Il est maintenu dans cette position grâce à sa flottabilité positive qui exerce une force vers le haut alors que des ancrages 61 au fond le maintiennent vers le bas. La flottabilité du réservoir est assurée par des éléments de flottabilité 60 intégrés dès sa conception. L'installations 8 de compression et l'installation 9 de sortie de l'air ainsi que l'ensemble 15 moteur et l'ensemble 16 générateur de l'eau sont installés sur une structure flottante 62. Les installations 8, 9 peuvent être reliées par un câble électrique sous marin 63 à un réseau électrique à terre. La figure 9 représente une application du dispositif de l'invention dans laquelle plusieurs réservoirs, en l'occurrence cinq réservoirs 1 a à 1 e, de stockage des fluides sont utilisés. Cette variante permet bien sûr d'augmenter le volume d'air stocké et par là-même la quantité d'énergie électrique stockée. En effet, la dimension transversale, par exemple le rayon dans le cas d'un réservoir de section circulaire, de chacun des réservoirs 1 a à 1 e de stockage des fluides est limitée compte tenu des fortes pressions intérieures et il peut être, nécessaire pour augmenter la capacité de stockage, d'utiliser un ensemble de réservoirs.
Sur l'exemple représenté, les réservoirs 1 a à 1 e de stockage des fluides sont tous connectés à la même installation 8 de compression de l'air, à la même installation 9 de sortie, au même ensemble 15 moteur, et donc à la même pompe 17 hydraulique, et au même ensemble 16 générateur, et donc à la même turbine 19 hydraulique. On pourra toutefois prévoir que chaque réservoir 1 a à 1 e de stockage des fluides est connecté à une installation 8 de compression, une installation 9 de sortie, un ensemble 15 moteur et à un ensemble 16 générateur qui lui sont propres.
Un ensemble de vannes 70 d'air, placé sur les orifices 36 d'entrée et de sortie de l'air, et un ensemble de vannes 99 d'eau, placé sur les orifices d'entrée et de sortie de l'eau, permettent d'isoler certaines connections. Il est alors possible de choisir certains réservoirs 1 a à 1 e de stockage des fluides fonctionnant dans une étape de stockage de l'air, c'est-à-dire dans lesquels l'air est injecté et la pression est maintenue constante grâce au système de contrôle et de commande de l'ensemble 16 générateur, et d'autres réservoirs fonctionnant dans une étape de restitution de l'air, c'est-à-dire dans lesquels le gaz est évacué et la pression est maintenue constant grâce au système de contrôle et de commande de l'ensemble moteur 15.
Cette disposition peut permettre, notamment, tout en stockant de l'énergie électrique de mauvaise qualité, par exemple peu stable ou intermittente, en provenance d'une source directement connectée à l'installation 8 de compression, d'injecter sur un réseau une énergie électrique parfaitement stabilisée produite par l'installation 9 de sortie, fonctionnant alors comme une installation de détente. La figure 10 représente une application du dispositif de l'invention utilisant un seul réservoir 1 de stockage des fluides et dans laquelle :
l'installation 8 de compression est reliée au réservoir 1 de stockage des fluides par une canalisation 71 qui lui est propre et un orifice d'entrée de l'air qui lui est propre,
l'installation 9 de sortie est reliée au réservoir 1 de stockage des fluides par une canalisation 72 qui lui est propre et un orifice de sortie de l'air qui lui est propre,
l'ensemble 15 moteur est reliée au réservoir 1 de stockage des fluides par une canalisation 73 qui lui est propre et un orifice qui lui est propre, et
l'ensemble 16 générateur est reliée au réservoir 1 de stockage des fluides par canalisation 74 qui lui est propre et un orifice qui lui est propre.
Cette disposition permet notamment tout en produisant et en stockant de l'air comprimé à partir d'une source d'énergie électrique de mauvaise qualité ou fluctuante, par exemple fournie par un parc éolien, de produire, dans l'installation 9 de détente, dans le même temps une énergie électrique stabilisée en déstockant et en détendant de l'air comprimé. Le réservoir 1 de stockage des fluides joue alors un rôle d'amortissement des fluctuations de la source d'énergie électrique.
On peut également utiliser, pour certains fonctionnements transitoires particuliers qui sont détaillés ci-dessous, la capacité à utiliser le dispositif avec l'ensemble 15 moteur et l'ensemble 16 générateur fonctionnant dans le même temps.
Dans le cas d'une utilisation du dispositif pour le stockage et la restitution de l'énergie électrique sous forme d'un gaz comprimé, on peut distinguer différents régimes de fonctionnement, à savoir un régime principal et un régime transitoire.
Dans le régime principal, le dispositif fonctionne en deux étapes, qui peuvent avoir lieu simultanément :
une étape de stockage du gaz, comprenant les opérations suivantes :
• compression du gaz dans l'installation 8 de compression,
• injection du gaz comprimé dans le réservoir 1 de stockage des fluides par l'orifice 36 d'entrée du gaz, • simultanément à l'injection du gaz, évacuation du liquide vers l'ensemble 16 générateur par l'orifice 35 de sortie du liquide, le système de régulation et de contrôle de l'ensemble 16 générateur pour évacuer le liquide maintenant la pression constante dans le réservoir 1 de stockage des fluides,
une étape de restitution du gaz, comprenant les opérations suivantes :
• injection du liquide depuis la source 22, 40 de liquide par l'orifice 35 d'entrée du liquide dans le réservoir 1 de stockage des fluides par la mise en œuvre de l'ensemble 15 moteur,
• simultanément à l'injection du liquide, évacuation du gaz vers l'installation 9 de détente, le système de régulation et de contrôle de l'ensemble 15 moteur pour injecter le liquide maintenant la pression constante dans le réservoir 1 de stockage des fluides.
Ce régime principal est utilisé lorsque les variations souhaitées de la puissance électrique en entrée du dispositif, dans le cas de l'étape de stockage de l'énergie électrique, ou en sortie de dispositif, dans le cas de l'étape de restitution de l'énergie électrique, sont respectivement compatibles avec les vitesses admissibles de variation de puissance de l'installation 8 de compression et avec les vitesses admissibles de variation de puissance de l'installation 9 de détente.
Dans le cas contraire, un régime transitoire peut être mis en œuvre, qui permet d'augmenter transitoirement les variations de puissance possibles du dispositif avant de parvenir au régime principal de fonctionnement, en ajustant la puissance de l'ensemble 15 moteur et de l'ensemble 16 générateur.
Un premier cas peut être le démarrage depuis l'arrêt du dispositif avec une forte vitesse de prise de charge suite à une demande d'un niveau d'énergie.
Dans le cas particulier d'un démarrage du dispositif depuis son arrêt, c'est-à- dire à partir d'un état dans lequel l'ensemble 15 moteur, l'ensemble 16 générateur, l'installation 8 de compression et l'installation 9 de détente sont à l'arrêt, et dans lequel le réservoir 1 de stockage des fluides contient du gaz et du liquide, des dispositifs de contrôle et de commande démarreront tout d'abord l'installation 9 de détente avec une vitesse de variation de puissance compatible avec cette installation. Dans le cas où cette prise de puissance n'est pas assez rapide, par exemple quand le niveau d'énergie est demandé dans un délai incompatible avec les vitesses de variation de l'installation 9 de détente, l'ensemble 16 générateur sera simultanément mis en fonction, pour permettre de générer de la puissance électrique complémentaire et atteindre le niveau d'énergie demandé. Le système de commande et de contrôle de l'ensemble 16 générateur contrôle la baisse de pression dans le réservoir 1 de stockage des fluides due à l'évacuation simultanée du gaz et du liquide.
Ainsi, l'ensemble 16 générateur et l'installation 9 de détente sont mises en œuvre simultanément, de manière temporaire. En effet, en particulier dans le cas où le gaz utilisé est de l'air et le liquide est de l'eau, le temps de réponse de l'ensemble 16 générateur est bien inférieur à celui de l'installation 9 de détente, de sorte que l'ensemble 16 générateur fournit une réponse plus rapide, mais une réponse temporaire, à un besoin urgent en énergie.
La pression dans le réservoir de stockage des fluides 1 diminuera alors nécessairement. L'ensemble 16 générateur verra sa puissance progressivement diminuée jusqu'à son arrêt au fur et à mesure de la montée en puissance de l'installation 9 de détente.
Simultanément à l'arrêt de l'ensemble 16 générateur, l'ensemble 15 moteur est démarré et sera soumis à une montée progressive en puissance pour permettre de retrouver les niveaux de pression dans le réservoir 1 de stockage des fluides correspondant au régime principal de fonctionnement.
Dans le cas où le dispositif fonctionne déjà en régime principal de fonctionnement, deux scénarii sont possibles.
Selon le premier scénario, le dispositif est dans une étape de restitution d'énergie, mais une augmentation du niveau d'énergie délivrée par l'installation 9 de détente est demandée.
Il peut s'agir par exemple des cas où lors de l'étape de restitution d'énergie électrique sur un réseau, il est nécessaire d'augmenter très rapidement le niveau d'énergie délivrée par l'installation 9 de détente du dispositif pour assurer la régulation de fréquence ou de tension sur le réseau ou tout autre cas pour assurer la stabilité du réseau.
La puissance de l'installation 9 de détente doit être augmentée progressivement à partir de la demande, à une vitesse compatible avec l'installation 9 de détente. Il se peut que cette vitesse ne soit pas suffisante pour satisfaire à l'appel dans un délai raisonnable. Alors, avantageusement, la puissance de l'ensemble 15 moteur, qui injectait de l'eau dans le réservoir 1 de stockage des fluides en régime principal, sera progressivement diminuée, de sorte que le dispositif consomme moins d'énergie, et donc en fournisse davantage.
Si, lorsque la puissance de l'ensemble 15 moteur est diminuée au point qu'il est arrêté, le dispositif ne fournit toujours pas le niveau d'énergie requis, la puissance de l'ensemble 16 générateur sera augmentée rapidement pour fournir le niveau d'énergie demandé.
Puis, la puissance de l'installation 9 de détente augmentant, elle se substitue progressivement à la puissance de l'ensemble 16 générateur, laquelle diminue simultanément, jusqu'à l'arrêt de l'ensemble 16 générateur. La pression dans le réservoir 1 de stockage des fluides a alors baissé de quelques bars, par exemple 4 bars.
Lorsque l'ensemble 16 générateur est à l'arrêt, l'ensemble 15 moteur est alors remis en route, et sa puissance est augmentée simultanément à la montée en puissance de l'installation 9 de détente, pour permettre de retrouver une valeur de pression déterminée dans le réservoir 1 de stockage des fluides correspondant au régime principal de fonctionnement.
Selon le deuxième scénario, si le dispositif est alors dans une étape de stockage d'énergie, de façon similaire, alors que l'installation 8 de gaz comprimé injecte du gaz dans le réservoir 1 de stockage des fluides, la puissance de la source en énergie de l'installation 8 de compression peut varier. Par exemple, l'installation 8 de compression est alimentée par de l'énergie solaire, dont la puissance varie nécessairement avec les conditions météorologiques.
Ainsi, en cas de baisse de puissance de la source d'énergie de l'installation 8 de compression, l'ensemble 16 générateur, qui peut produire de l'énergie grâce à la turbine 17 par laquelle le liquide 3 évacué du réservoir 1 de stockage des fluides, peut être rapidement monté en puissance afin de stabiliser la puissance de l'installation 8 de compression.
De même, en cas d'augmentation de la puissance de la source d'énergie de l'installation 8 de compression, l'ensemble 15 moteur, qui est à l'arrêt dans le régime principal de fonctionnement lors de l'opération de stockage, est alors rapidement démarré et monté en puissance pour consommer une partie de l'énergie produite en surplus et non consommée par l'installation 8 de compression.
Ainsi, les puissances de l'ensemble 15 moteur et de l'ensemble 16 générateur pourront être modifiées du régime de fonctionnement principal de façon à permettre des vitesses de variation de puissance importantes, le dispositif retrouvant le régime principal de fonctionnement progressivement
Le gaz 2 dans le réservoir 1 de stockage des fluides est de préférence séparé du liquide 3 par des moyens de séparation étanches aux fluides, tel qu'un diaphragme rigide et mobile 23 séparant le réservoir 1 de stockage des fluides en une partie contenant le gaz 2 et une partie contenant le liquide 3. Le diaphragme 23 définit alors une surface de séparation entre le liquide et le gaz, et est mobile avec les variations de volume du gaz et du liquide lors des opérations de stockage et de déstockage du gaz.
En effet, les moyens de séparation doivent pouvoir se déplacer lors des opérations de stockage et de déstockage du gaz, de sorte que le volume de la partie contenant le gaz diminue lorsque le gaz est déstocké tandis que le volume de la partie comprenant le liquide augmente, et, inversement, de sorte que le volume de la partie contenant le gaz augmente lorsque le gaz est stocké tandis que le volume de la partie comprenant le liquide diminue.
Le diaphragme 23 est de préférence équipé d'un ou plusieurs joints 24 d'étanchéité à sa périphérie afin de maintenir une séparation entre le gaz sous pression et le liquide dans le réservoir 1 de stockage des fluides et d'éviter les phénomènes de dissolution du gaz dans le liquide ou de pollution d'un des deux fluides par l'autre. Ainsi, les deux fluides dans le réservoir 1 de stockage des fluides exercent mutuellement une pression l'un sur l'autre par l'intermédiaire du diaphragme 23.
La nature des joints 24, notamment de par leur matériau, forme et principe d'étanchéité, est adaptée aux fluides 2 et 3, et aux conditions de stockage comme la pression et la température. Elle doit également assurer une durée de vie suffisante des joints, notamment avec une bonne résistance à l'usure résultant du frottement sur la surface interne du réservoir résultant du déplacement du diaphragme 23 lors des opérations de stockage et de déstockage du gaz. Les joints 24 peuvent être des joints gonflables. Pour accroître l'étanchéité entre le gaz et le liquide, au moins deux joints 24 peuvent être utilisés de sorte de constituer des barrages successifs.
Dans le cas représenté sur la figure 2, la surface de séparation entre l'air 2 et l'eau 3 est dans un plan horizontal. L'air 2 occupe alors nécessairement la partie supérieure du réservoir 1 de stockage des fluides et l'eau la partie inférieure du réservoir 1 de stockage des fluides. Le diaphragme 23 peut alors simplement flotter à la surface de l'eau, de manière à se déplacer avec les variations du volume d'eau. En variante, le diaphragme 23 de séparation rigide peut être remplacé par une membrane en matériau souple séparant l'air et l'eau, de sorte que le volume des parties contenant l'eau et le gaz sont de volume variable par déformation de la membrane.
Si la surface de séparation entre l'air et l'eau n'est pas dans un plan horizontal, il est nécessaire d'utiliser un diaphragme 23 de séparation rigide spécialement conçu pour tenir compte des différentiels de pression entre le coté comprenant le liquide et le coté comprenant le gaz.
La figure 3 représente ainsi une variante particulièrement avantageuse de moyens de séparations entre un gaz et un liquide dans un réservoir 1 de stockage de fluides, dans laquelle la surface séparation entre le gaz et le liquide n'est pas dans un plan horizontal. Par exemple, la surface de séparation est dans un plan vertical, ou dans un plan incliné de quelques degrés, par exemple entre 1 ° et 10°, par rapport au plan vertical. Ce peut être le cas s'il est plus avantageux que le réservoir 1 de stockage des fluides soit en position horizontale, posé au sol, enterré, ou lorsque ses dimensions en longueur ne permettent pas une position verticale. Il est alors nécessaire que la conception du diaphragme 23, dans le plan de la surface de séparation entre le gaz 2 et le liquide 3, permette de reprendre les efforts dus aux différences entre la répartition des pressions coté liquide et celle coté gaz tout en permettant le coulissement dans le corps du réservoir 1 de stockage des fluides et en assurant l'étanchéité. Le diaphragme 23 rigide est alors muni sur sa périphérie des surfaces 30 d'appui sur le corps du réservoir 1 de stockage des fluides, ces surfaces 30 d'appui présentant des dimensions importantes, de manière à être décalées de part et d'autre du plan du diaphragme 23, et donc de la surface de séparation entre le gaz et le liquide, afin de reprendre les moments des efforts appliqués. Ces surfaces 30 d'appui sont réalisées dans un matériau résistant à la compression sous l'effet de la pression dans le réservoir 1 de stockage des fluides et facilitant le glissement sur le corps du réservoir 1 de stockage des fluides pour déplacer le diaphragme 23.
Les surfaces 30 d'appuis peuvent être continues sur toute la circonférence du réservoir, discontinues en étant réparties de manière égale sur la circonférence du réservoir, ou encore discontinues en étant réparties inégalement, par exemple avec une plus grande surface d'appui totale sur les parties inférieure et supérieure du réservoir, là où la pression exercée par les fluides sur le diaphragme 23 est la plus élevée.
De même, la largeur des surfaces 30 d'appui peut être constante ou non sur la circonférence du réservoir. Dans le cas d'appuis discontinus, la surface unitaire de contact entre les surfaces d'appui et le réservoir peut être la même pour tous les appuis ou être différente selon les appuis.
Les appuis peuvent également comporter des mécanismes de roulement comme par exemple des roulettes permettant de faciliter le mouvement du diaphragme.
Le décalage des surfaces d'appui 30 par rapport au plan du diaphragme 23, c'est-à-dire la distance la plus grande entre un point d'une surface 30 d'appui et le plan du diaphragme 23, peut ne pas être le même pour toutes les surfaces 30 d'appui. Ainsi, il peut être plus important pour les surfaces 30 d'appui placées sur la partie inférieure du réservoir, notamment en raison d'une pression plus forte exercée par l'eau sur la partie inférieure du diaphragme 23.
Le diaphragme 23 est alors parfaitement centré dans le réservoir 1 de stockage des fluides, c'est-à-dire qu'il ne bascule pas sous l'effet des pressions exercées sur ses deux faces, et le ou les joints 24 d'étanchéité sont correctement maintenus, même lorsqu'il se déplace lors des opérations de stockage et de déstockage.
Selon leur nature, les surfaces 30 appuis peuvent également contribuer à l'étanchéité entre le gaz et le liquide.
Le diaphragme 23 ainsi muni de surfaces 30 d'appui permet, dans tout réservoir 1 de stockage de fluides, d'assurer une étanchéité entre deux fluides contenus tout en permettant au volume de la partie contenant un premier fluide et au volume contenant le deuxième fluide de varier par déplacement du diaphragme 23.
Dans le cas où la surface de séparation entre le gaz et le liquide est inclinée de quelques degrés par rapport au plan vertical, il est avantageux de disposer le réservoir 1 de stockage des fluides de telle sorte que la partie 33 la plus basse est la partie contenant le gaz et donc que la partie 34 la plus haute est la partie contenant le liquide. Dès lors, en cas de défaillance du diaphragme 23 et/ou des joints 24 d'étanchéité entre le gaz et le liquide, une fuite éventuelle du liquide 3 vers le gaz 2 au travers du diaphragme 23 va nécessairement s'écouler vers la partie 33 la plus basse du réservoir 1 de stockage des fluides, ce liquide pouvant être récupéré et ramené de l'autre côté du diaphragme 23, dans la partie contenant le liquide, par une pompe hydraulique 31 de faible puissance. De la même façon, une fuite éventuelle du gaz vers le liquide au travers du diaphragme 23 va nécessairement s'écouler vers la partie 34 la plus haute du réservoir 1 de stockage des fluides, dans la partie contenant le liquide. Ce gaz peut être ramené de l'autre coté du diaphragme 23, dans la partie contenant le gaz, par un compresseur d'air 32 de faible puissance.
La partie 33 la plus basse et la partie 34 la plus haute du réservoir 1 de stockage des fluides sont placées à des extrémités opposées du réservoir 1 de façon à ne pas gêner le mouvement complet du diaphragme 23.
Sur les figures 1 1 et 12, il est représenté une disposition supplémentaire de la présente invention, permettant de stocker du gaz et de le restituer suivant un cycle adiabatique, en particulier dans le cas où le gaz est détendu pour produire de l'énergie électrique par l'installation 9 de détente. A cet effet, un système d'échange de chaleur est associé à l'installation 8 de compression et à l'installation 9 de détente. Le système d'échange de chaleur comprend des moyens pour extraire la chaleur générée lors de la compression du gaz dans l'installation 8 de compression, des moyens pour stocker la chaleur, et des moyens pour restituer cette chaleur au gaz dans l'installation 9 de détente. Le cycle de compression et de détente devient alors un cycle « adiabatique » avec des avantages en termes de rendement amélioré et d'absence totale d'émission de CO2, sans risque pour l'environnement.
Suivant les exemples illustrés sur les figures 1 1 et 12, l'installation 8 de compression comprend au moins un étage, par exemple trois étages 81 a à 81 c, de compression, chaque étage 81 a à 81 c de compression étant associé à au moins un échangeur de chaleur 80a à 80c, par exemple placé en sortie de chaque étage 81 a à 81 c de compression, permettant de récupérer la chaleur contenue dans le gaz pendant ou après la compression dans chaque étape de compression 81 a à 81 c et de la transférer à un fluide 86 caloporteur. Les étages de compression 81 a à 81 c associés chacun à un échangeur de chaleur 80a à 80c peuvent être disposés en série ou en parallèle.
De même, l'installation 9 de détente comprend au moins un étage, par exemple trois étages 88a à 88c, de détente du gaz, chaque étage 88a à 88c de détente étant associé à au moins un échangeur 87a à 87c de chaleur, par exemple placé en entrée de chaque étage 88a à 88c de détente, permettant de récupérer la chaleur du fluide 86 caloporteur et de la transférer au gaz avant ou pendant la détente dans chaque étage 88a à 88c de détente. Les étages de détente 88a à 88c associés chacun à un échangeur 87a à 87c de chaleur peuvent être disposés en série ou en parallèle.
Le système d'échange de chaleur comprend alors au moins un réservoir 84, 91 de chaleur pour stocker le fluide caloporteur réchauffé par la compression du gaz dans l'installation 8 de compression . Le réservoir 84, 91 de chaleur est isolé thermiquement et comprend des moyens pour mettre un fluide 86 caloporteur sous pression.
Selon un premier exemple illustré sur la figure 1 1 , le fluide 86 caloporteur réchauffé, issu des échangeurs 80a à 80c de l'installation 8 de compression, passe par une canalisation 83 isolée thermiquement et vient remplir le réservoir 84 chaleur, de préférence également isolé thermiquement, placé dans la partie contenant le gaz 2 dans le réservoir 1 de stockage des fluides, de façon à ne pas gêner le mouvement complet du diaphragme 23. Les moyens pour mettre le fluide caloporteur sous pression comprennent, comme sur la figure 1 1 , un piston 85, isolé thermiquement, en interface entre le gaz dans le réservoir 1 de stockage des fluides et le fluide 86 caloporteur dans le réservoir 84, 91 de chaleur. Le fluide 86 caloporteur est donc maintenu à la pression du gaz 2 comprimé dans le réservoir 1 de stockage des fluides. Avantageusement, comme il sera vu plus loin le fluide 86 caloporteur est de l'eau. Compte tenu de la capacité calorifique importante de l'eau, le volume du stockage d'eau, en tant que fluide 86 caloporteur, dans le réservoir 1 de stockage des fluides n'excédera pas quelques % du volume du stockage d'air. Les pertes de chaleur resteront donc très limitées.
Chaque échangeur 87a à 87c de l'installation 9 de détente est alimenté en fluide 86 caloporteur provenant du réservoir 84 de chaleur à l'intérieur du réservoir 1 de stockage des fluides et est relié au réservoir 1 de stockage des fluides par une canalisation 89 isolée thermiquement.
Une pompe 90 permet la mise en pression du fluide 86 caloporteur à l'entrée des échangeurs 80a à 80c des étages 81 a à 81 c de compression. Un détendeur 97 permet la détente du fluide 86 caloporteur à la sortie des échangeurs 87a à 87c de chaleur. Le stockage du fluide 86 caloporteur dans le réservoir 84 de chaleur situé dans le réservoir 1 de stockage des fluides se fait dans le même temps que le stockage du gaz 2 dans le réservoir 1 de stockage des fluides. L'ensemble 16 générateur comprenant la turbine 19 commandée par un système de régulation permet de maintenir la pression à l'intérieur du réservoir 1 de stockage des fluides constante pendant cette opération
Le déstockage du fluide 86 caloporteur du réservoir 84 de chaleur situé dans le réservoir 1 de stockage des fluides se fait dans le même temps que le déstockage du gaz 2. L'ensemble 15 moteur comprenant la pompe 17 commandée par un système de régulation permet de maintenir la pression constante à l'intérieur du réservoir 1 de stockage des fluides pendant cette opération. Selon un deuxième exemple illustré sur la figure 12, le réservoir 91 de chaleur pour stocker le fluide 86 caloporteur n'est pas positionné dans le réservoir 1 de stockage des fluides, mais extérieurement à celui ci. Le réservoir 91 de chaleur comprend une partie alimentée en fluide 86 caloporteur et une partie alimentée en gaz comprimé, celui du réservoir 1 de stockage des fluides, les deux parties étant situées respectivement de part et d'autre d'un diaphragme 95 placé dans le réservoir 91 de chaleur assurant l'étanchéité entre les deux parties.
Plus précisément, le réservoir 91 de chaleur est constitué d'un réservoir rigide résistant à la pression de service à la température de stockage du fluide 86 caloporteur, et est muni vers une extrémité, par exemple une extrémité supérieure, d'au moins un orifice d'entrée et de sortie d'un gaz, tel que de l'air, et vers l'autre extrémité, par conséquent l'extrémité inférieure, d'au moins un orifice d'entrée et de sortie du fluide 86 caloporteur.
L'orifice d'entrée et de sortie du gaz du réservoir 91 de chaleur est relié par une ou des canalisations 92 résistant à la pression à la partie contenant le gaz 2 comprimé du réservoir 1 de stockage des fluides permettant de maintenir dans le réservoir 91 de chaleur une pression égale à celle du gaz 2 dans le réservoir 1 de stockage des fluides. En variante, le gaz provenant du réservoir 1 de stockage des fluides est, préalablement à son entrée dans le réservoir 91 de chaleur, détendu à une pression sensiblement supérieure à la pression de vaporisation du fluide caloporteur 86 à sa température de stockage. Cette détente préalable est particulièrement avantageuse dans le cas où le fluide caloporteur est de l'eau, afin de maintenir l'eau à l'état liquide et faciliter son stockage dans le réservoir 91 de chaleur.
L'orifice d'entrée et de sortie du fluide 86 caloporteur est relié par une ou des canalisations 93 résistant à la pression à une canalisation 83 provenant des échangeurs 80a à 80c de chaleur de l'installation 8 de compression, tels que décrits précédemment, et à une canalisation 89 provenant des échangeurs 87a à 87c de chaleur de l'installation 9 de détente, tels que décrits précédemment. Le réservoir 91 de chaleur comprend des moyens 94 d'isolation thermique.
Le diaphragme 95 du réservoir 91 de chaleur comprend également des moyens 96 d'isolation thermique, et peut par exemple flotter sur le fluide 86 caloporteur, sa fonction étant de séparer le gaz comprimé, comme l'air 2, du fluide 86 caloporteur, comme l'eau chaude. Le diaphragme 95 du réservoir 91 de chaleur peut être équipé de joints à sa périphérie. Le diaphragme 95 du réservoir 91 de chaleur peut être d'une conception proche de celle décrite pour le diaphragme 23 du réservoir 1 de stockage des fluides.
Dans les exemples présentés sur la figure 1 1 et la figure 12, le fluide 86 caloporteur est avantageusement de l'eau sous pression et le gaz 2 comprimé est de l'air.
Les étages 81 a à 81 c de compression sont alors arrangés de manière à ce que la température de l'air en sortie de chaque étage 81 a à 81 c de compression soit sensiblement inférieure à la température de vaporisation de l'eau à la pression régnant dans chaque échangeur 80a à 80c.
L'eau reste donc à l'état liquide dans l'échangeur 80a à 80c et de l'eau sous pression et chaude sort de chaque échangeur 80a à 80c par la canalisation 83 isolée thermiquement vers le réservoir 84, 91 de chaleur.
Le système d'échange de chaleur permet ainsi d'utiliser l'eau comme fluide 86 caloporteur, avec les avantages mentionnés dans l'introduction.
La figure 13 représente une application d'un dispositif de stockage de gaz comprimé, en particulier un dispositif selon la présente invention, dans lequel l'installation 9 de sortie est composée d'une installation 101 de détente du gaz en sortie du réservoir 1 de stockage des fluides permettant de ramener la pression du gaz depuis la haute pression de stockage établie dans le réservoir 1 de stockage des fluides à une pression plus faible en sortie de l'installation de détente 101 , et d'une installation 102 industrielle mettant en œuvre un procédé utilisant du gaz comprimé, la pression du gaz, plus faible, en sortie de l'installation 101 de détente correspondant à la pression d'utilisation du gaz dans l'installation 102 industrielle. Cette installation 101 de détente est couplée à une génératrice permettant de produire de l'énergie électrique.
Plus précisément, afin de ne pas perdre l'énergie qui a été nécessaire à la compression à une pression de stockage supérieure à la pression d'utilisation dans un ou des procédés industriels nécessitant un gaz à une pression modérée, il est avantageux que l'installation 9 de sortie soit composée comme suit : une installation 101 de détente du gaz depuis sa pression de stockage jusqu'à sa pression d'utilisation dans le procédé industriel permettant de produire de l'énergie. Cette installation de détente pourra être également alimentée en chaleur provenant du stockage de la chaleur issue de la compression du gaz ou de toute autre source de chaleur disponible sur le site et notamment provenant des procédés industriels mis en œuvre, de sorte de délivrer en sortie le gaz à la température souhaitée pour le ou les procédés industriels. De la même façon, les frigories, c'est-à-dire les pertes de chaleur, dues à la détente du gaz pourront soit être utilisées avantageusement dans les procédés industriels, tel qu'un procédé de liquéfaction de gaz, ou après stockage être utilisées au refroidissement de l'air dans l'installation 8 de compression.
un ou des installations 102 industrielles, c'est-à-dire dans lesquelles des procédés industriels utilisant le gaz sous pression à sa sortie de l'installation de détente sont mis en œuvre.
Ainsi, l'opération de détente dans l'installation 101 de détente permet de produire de l'énergie électrique. Le gaz détendu n'est alors pas rejeté dans l'atmosphère mais est avantageusement utilisé par l'installation 102 industrielle.
Dans ce cas particulier, le gaz n'a pas été réchauffé préalablement ou pendant sa détente par une source de chaleur. Sa température à sa sortie de l'installation de détente 101 est donc inférieure à sa température de stockage dans le réservoir de stockage 1 ce qui permet d'utiliser le gaz détendu comme refroidisseur soit directement dans le procédé industriel dans l'installation 102 industrielle soit dans tout autre procédé.
En variante, l'installation 102 industrielle est directement reliée à l'orifice 36 de sortie du gaz du réservoir 1 de stockage des fluides, de manière à utiliser directement le gaz comprimé.
Eventuellement, des moyens pour mettre le gaz à la pression requise par l'installation 102 industrielle peuvent être mis en œuvre.
Le dispositif peut être positionné dans différentes variantes et le réservoir 1 de stockage des fluides peut être à terre ou sous l'eau. Le dispositif peut ainsi être utilisé pour du stockage de gaz destiné à alimenter un procédé industriel.
Il permet, grâce au maintien de la pression constante de stockage du gaz et à sa restitution, d'offrir des conditions très favorables au fonctionnement de l'installation de compression 8 et à l'installation de sortie 9.
Les densités de stockage sont également très supérieures à un stockage à volume constant, car aux pressions élevées permises dans le réservoir 1 de stockage des fluides.
Il faut également noter que les pressions usuelles d'utilisation des gaz dans les procédés industriels varient généralement de quelques bars à quelques dizaines de bars. Un stockage du gaz à ces pressions relativement faibles aurait une densité faible impliquant des coûts de stockage élevés et un grand espace occupé.
Il est donc beaucoup plus avantageux de stocker à des pressions importantes.
L'absence de dispositif de stockage de gaz économiquement intéressant oblige les industries à produire le gaz comprimé dans le même temps que son utilisation dans le procédé industriel. Il faut donc dimensionner une installation de compression spécifique aux pressions du gaz requises par le procédé industriel répondant ponctuellement aux besoins selon les étapes du procédé, alors que cette pu issance pou rra it être fortement d i m in uée en fa isant fonction ner l'installation de compression de manière continue, tout du moins sur une longue durée. De plus, tout arrêt dans l'installation de compression entraîne l'arrêt de l'ensemble du dispositif industriel ce qui oblige à prévoir des installations de compression en sécurité.
Un avantage supplémentaire de stocker le gaz selon l'invention est donc présent lorsque le gaz est destiné à un procédé industriel.
Le dispositif de l'invention permet ainsi de stocker le gaz à une pression importante et avec des densités satisfaisantes.
Par ailleurs, il peut être avantageux d'utiliser toute source de gaz sous pression disponible dans le ou les procédés industriels pour alimenter même partiellement l'installation 8 de compression, et ainsi diminuer les besoins en énergie consommée par le dispositif. Dans le cas où un autre procédé industriel mise en œuvre sur le site industriel en complément du premier, nécessiterait également un débit restreint du gaz stocké à une pression élevée plus proche de celle de stockage du gaz, il est avantageux de placer entre l'orifice 36 de sortie du gaz du réservoir 1 de stockage des fluides et l'installation 9 de détente un circuit de dérivation permettant d'alimenter en parallèle cet autre procédé avec une pression élevée. Ce circuit de dérivation pourra contenir un organe permettant de détendre le gaz à la pression requise pour le procédé.
L'équipement selon l'invention permet ainsi d'alimenter simultanément ou alternativement les deux procédés industriels avec un gaz à des pressions très différentes.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif pour le stockage et la restitution de fluides, lesdits fluides comprenant un gaz et un liquide, le dispositif comprenant :
au moins un réservoir (1 ) de stockage des fluides, comprenant une partie contenant le gaz et une partie contenant le liquide,
un orifice (36) d'entrée relié à une source de gaz (2) et un orifice (36) de sortie du gaz, débouchant dans la partie contenant le gaz du réservoir (1 ) de stockage des fluides,
un orifice (35) d'entrée et un orifice (35) de sortie du liquide, débouchant dans la partie contenant le liquide du réservoir,
au moins une installation (8) de compression reliée d'une part à une source en gaz, et d'autre part à l'orifice (36) d'entrée du gaz, pour injecter du gaz comprimé à une pression de stockage dans le réservoir (1 ) de stockage des fluides ;
au moins une installation (9) de sortie reliée à l'orifice (36) de sortie du gaz pour évacuer le gaz comprimé,
des moyens de décharge du liquide,
le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre
au moins un ensemble (15) moteur, relié d'une part à une source (22, 40) du liquide, et d'autre part à l'orifice (35) d'entrée du liquide, l'ensemble (15) moteur comprenant au moins une pompe (17) et au moins un moteur (18) pour injecter le liquide sous pression dans le réservoir (1 ) de stockage des fluides par l'orifice (35) d'entrée du liquide.
2. Dispositif selon la revendication 1 , comprenant des moyens de séparation entre le gaz et le liquide dans le réservoir (1 ) de stockage des fluides.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les moyens de séparation comprennent une membrane souple déformable sous la pression dans le réservoir (1 ) de stockage des fluides.
4. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les moyens de séparation entre le gaz et le liquide comprennent un diaphragme (23) rigide et mobile définissant une surface de séparation entre le liquide et le gaz dans le réservoir (1 ) de stockage des fluides, le diaphragme (23) comprenant des surfaces d'appui (30) sur le réservoir (1 ) de stockage des fluides, les surfaces (30) d'appui étant décalées de part et d'autres de la surface de séparation.
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le diaphragme est muni de joints (24) d'étanchéité à sa périphérie.
6. Dispositif selon la revendication 4 ou la revendication 5, dans lequel les surfaces (30) appu is du d iaphragme (23) sont munies de mécanismes de roulement pour faciliter le mouvement du diaphragme (23) dans le réservoir (1 ) de stockage des fluides.
7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel les surfaces (30) d'appui sont continues sur la périphérie du diaphragme (23).
8. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel les surfaces (30) d'appui sont réparties de manière discontinues sur la périphérie du diaphragme.
9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel la surface unitaire de contact entre chaque surface (30) d'appui et le réservoir (1 ) est différente selon la surface (30) d'appui.
10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la partie contenant du liquide est reliée à la partie contenant du gaz d'une part par une première canalisation munie d'une pompe, permettant de ramener du liquide dans la partie contenant le gaz vers la partie contenant le liquide et d'autre part par une deuxième canalisation munie d'un compresseur, permettant de ramener du gaz dans la partie contenant le liquide vers la partie contenant le gaz.
1 1 . Dispositif selon l'une des revendications précédentes comprenant un système d'échange de chaleur entre le gaz et un fluide (86) caloporteur, lors de la compression du gaz dans l'installation (8) de compression et lors de la détente du gaz dans l'installation (9) de détente.
12. Dispositif selon la revendication 1 1 , dans lequel le système d'échange de chaleur comprenant un réservoir (84, 91 ) de chaleur pour stocker le fluide (86) caloporteur réchauffé par la compression du gaz, ledit réservoir de chaleur étant isolé thermiquement et comprend des moyens pour mettre le fluide caloporteur sous pression.
13. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel le réservoir (84) de chaleur est placé dans la partie contenant le gaz du réservoir (1 ) de stockage des fluides, et comprend un piston en interface entre le gaz dans le réservoir (1 ) de stockage des fluides et le fluide caloporteur dans le réservoir (84, 91 ) de chaleur.
14. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel le réservoir (84, 91 ) de chaleur est placé en dehors du réservoir (1 ) de stockage des fluides et comprend une partie al imentée en flu ide caloporteur et une partie alimentée en gaz comprimé, les deux parties étant situées de part et d'autre d'un diaphragme placé dans le réservoir (84, 91 ) de chaleur assurant l'étanchéité entre les deux parties.
15. Dispositif selon l'une des revendications 1 1 à 14, dans lequel le fluide (86) caloporteur est de l'eau.
16. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'orifice (35) d'entrée du liquide est confondu avec l'orifice (35) de sortie du liquide.
17. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'orifice (36) d'entrée du gaz est confondu avec l'orifice (36) de sortie du gaz.
18. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant une pluralité de réservoirs (1 a à 1 e) de stockage des fluides, et comprenant un ensemble de vannes (70) sur les orifices (36) d'entrée et de sortie du gaz et un ensemble de vannes (99) sur les orifices(35) d'entrée et de sortie du liquide permettant de choisir les réservoirs (1 a à 1 e) pour lesquels le gaz est injecté et les réservoirs (1 a à 1 e) pour lesquels le gaz est évacué.
19. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le gaz est de l'air et le liquide est de l'eau.
20. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'installation (9) de sortie comprend une installation de détente, comportant au moins un détendeur (10) et un générateur (1 1 ) électrique pour produire de l'énergie électrique par détente du gaz (2) comprimé.
21 . Dispositif selon la revendication 20, dans lequel l'installation (9) de sortie comprend en outre une installation industrielle, reliée à l'installation de détente pour utiliser le gaz détendu dans un procédé industriel.
22. Dispositif selon la revendication 20, dans lequel l'installation (9) de sortie comprend en outre une installation industrielle, reliée à l'orifice (36) de sortie du gaz pour utiliser le gaz comprimé dans un procédé industriel.
23. Dispositif selon la revendication 21 ou la revendication 22, dans lequel l'installation (9) de sortie comprend des moyens pour mettre le gaz à la pression requise par l'installation industrielle.
24. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de décharge comprennent un ensemble (16) générateur relié à l'orifice de sortie du liquide, l'ensemble (16) générateur comprenant une turbine (19) et un générateur (20), le liquide évacué passant par la turbine (19) pour générer de l'énergie électrique par le générateur (20).
25. Dispositif selon l'une des revendications 20 à 23 et la revendication 24, comprenant un système de régulation et de commande de l'ensemble (15) moteur et un système de régulation et de commande de l'ensemble (16) générateur.
26. Méthode pour stocker et restituer un gaz comprimé dans un dispositif selon la revendication 25, comprenant les étapes suivantes :
une étape de stockage du gaz, comprenant les opérations suivantes :
• compression du gaz dans l'installation (8) de compression,
• injection du gaz dans le réservoir (1 ) de stockage des fluides par l'orifice (36) d'entrée du gaz,
• simultanément à l'injection du gaz, évacuation du liquide vers l'ensemble (16) générateur par l'orifice (35) de sortie du liquide, le système de régulation et de contrôle de l'ensemble (16) générateur pour évacuer le liquide maintenant la pression constante dans le réservoir (1 ) de stockage des fluides,
une étape de restitution du gaz, comprenant les opérations suivantes :
• injection du liquide depuis la source (22, 40) de liquide par l'orifice (35) d'entrée du liquide dans le réservoir (1 ) de stockage des fluides,
• simultanément à l'injection du liquide, évacuation du gaz vers l'installation (9) de sortie, le système de régulation et de contrôle de l'ensemble (15) moteur pour injecter le liquide maintenant la pression constante dans le réservoir (1 ) de stockage des fluides.
27. Méthode selon la revendication 26, dans laquelle l'étape de stockage et l'étape de restitution ont lieu simultanément.
28. Méthode pour démarrer un dispositif selon la revendication 25, à partir d'un état dans lequel l'ensemble (15) moteur, l'ensemble (16) générateur, l'installation (8) de compression et l'installation (9) de détente sont à l'arrêt et dans lequel le réservoir (1 ) de stockage des fluides contient du gaz (2) comprimé et du liquide (3), la méthode comprenant les étapes suivantes : prise en compte d'une demande d'un niveau d'énergie,
démarrage et augmentation de la puissance de l'installation (9) de détente pour atteindre le niveau d'énergie demandé, par évacuation du gaz (2) hors du réservoir (1 ) de stockage des fluides,
simultanément à l'étape précédente, démarrage et augmentation de la puissance de l'ensemble (16) générateur, de manière à produire de l'énergie selon la demande par évacuation du liquide (3) hors du réservoir (1 ) de stockage des fluides, le système de contrôle et de commande de l'ensemble (16) générateur contrôlant la baisse de pression dans le réservoir de stockage des fluides,
diminution de la puissance de l'ensemble (16) générateur au fur et à mesure de l'augmentation en puissance de l'installation (9), l'ensemble (16) générateur étant à l'arrêt lorsque l'installation (9) de détente produit l'énergie demandée,
suite à l'étape précédente, mise en route et augmentation de la puissance de l'ensemble (15) moteur simultanément à l'augmentation de la puissance de l'installation (9) de détente, le système de contrôle et de commande de l'ensemble (15) moteur contrôlant l'augmentation de la pression dans le réservoir (1 ) de stockage des fluides jusqu'à atteindre la pression désirée,
mise en œuvre de la méthode de stockage et de restitution selon la revendication 26 ou la revendication 27.
29. Méthode selon la revendication 26, dans laquelle le dispositif est dans l'étape de restitution du gaz, la méthode comprenant une étape transitoire comprenant les opérations suivantes :
prise en compte d'une demande d'un niveau d'énergie supérieure à celle fournie par l'installation (9) de détente,
augmentation de la puissance de l'installation (9) de détente,
simultanément à l'étape précédente, diminution de la puissance de l'ensemble (15) moteur pour permettre au dispositif de fournir plus d'énergie,
si la puissance de l'ensemble (15) moteur est diminuée jusqu'à l'arrêt et que le niveau d'énergie demandé n'est pas atteint par le dispositif : • mise en route et augmentation de la puissance de l'ensemble (16) générateur pour fournir le niveau d'énergie demandé par évacuation du liquide par l'orifice (35) de sortie du liquide du réservoir (1 ) de stockage des fluides,
• lorsque le dispositif atteint le niveau d'énergie demandé, diminution de la puissance de l'ensemble (16) générateur au fur et à mesure que la puissance de l'installation (9) de détente augmente,
• à l'arrêt de l'ensemble (16) générateur, mise en route et augmentation d e l a p u i ssa n ce d e l ' en se m bl e ( 1 5) m oteu r s i multanément à l'augmentation de puissance de l'installation (9) de détente pour retrouver une pression déterminée dans le réservoir (1 ) de stockage des fluides
sinon, lorsque le dispositif atteint le niveau d'énergie demandé, augmentation de la pu issance de l'ensemble (15) moteur simultanément à l'augmentation de puissance de l'installation (9) de détente pour retrouver une pression déterminée dans le réservoir (1 ) de stockage des fluides,
reprise des opérations de l'étape de restitution.
30. Méthode selon la revendication 26, dans laquelle le dispositif est dans l'étape de stockage du gaz, la méthode comprenant une étape transitoire comprenant les opérations suivantes :
prise en compte d'une variation du niveau d'énergie fournie à l'installation (8) de compression,
lorsque la variation est une baisse, augmentation de la puissance de l'ensemble (16) générateur pour produire de manière compensatoire l'énergie nécessaire à l'installation (8) de compression par évacuation du liquide hors du réservoir (1 ) de stockage des fluides,
lorsque la variation est une augmentation, augmentation de la puissance de l'ensemble (15) moteur pour consommer l'énergie non consommée par l'installation (8) de compression par injection de liquide dans le réservoir (1 ) de stockage des fluides.
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Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3001025B1 (fr) * 2013-01-17 2015-01-23 Fives Dispositif pour le stockage et la restitution de fluides sous une pression elevee quasi constante
JP6038671B2 (ja) * 2013-02-01 2016-12-07 三菱日立パワーシステムズ株式会社 火力発電システム
US20160177822A1 (en) * 2013-08-07 2016-06-23 Isentropic Ltd Hybrid Power Generation System
JP6368577B2 (ja) * 2014-07-31 2018-08-01 株式会社神戸製鋼所 圧縮空気貯蔵発電装置及び圧縮空気貯蔵発電方法
US9939112B2 (en) * 2014-10-29 2018-04-10 Hydrostar Inc. Variable-buoyancy assembly and non-collapsible fluid-line assembly for use with fluid-processing plant
US9784413B2 (en) * 2014-10-29 2017-10-10 Hydrostor Inc. Methods of deploying and operating variable-buoyancy assembly and non-collapsible fluid-line assembly for use with fluid-processing plant
FR3035169B1 (fr) * 2015-04-16 2017-05-05 Technip France Dispositif de controle du remplissage d'une conduite en cours de pose dans une etendue d'eau, ensemble et procede associes
DE102015005345A1 (de) * 2015-04-28 2016-11-03 Bw-Energiesysteme Gmbh Verfahren und Vorrichtung zu Energiespeicherung mit Luft
FR3036887B1 (fr) * 2015-06-01 2017-07-14 Segula Eng & Consulting Dispositif et procede de conversion d'energie et de stockage d'energie d'origine electrique, sous forme d'air comprime
JP6890588B2 (ja) * 2015-11-25 2021-06-18 イソカレント エナジー インコーポレーテッド 可変圧力容器
CN106523261A (zh) * 2016-11-08 2017-03-22 三集团有限公司 液气储能发电系统
US10422312B2 (en) * 2016-12-07 2019-09-24 Olalekan A. Alao Energy storage and generation system
CN109611691B (zh) * 2018-02-02 2020-05-05 孙强丹 基于液封流体容器的循环惰封系统及qhse储运方法
US11845678B2 (en) 2018-05-11 2023-12-19 Innovatory Energy LLC Brine power
US11286898B2 (en) * 2018-05-11 2022-03-29 Innovator Energy, LLC Low density fluid displacement to store or generate power
US11981586B2 (en) 2018-05-11 2024-05-14 Innovator Energy, LLC Fluid displacement energy storage with fluid power transfer
KR102498685B1 (ko) 2018-05-11 2023-02-10 이노베이터 에너지, 엘엘씨 유체 변위 시스템
CH715001A9 (de) 2018-05-16 2020-01-15 Ryba Solutions Gmbh Verfahren und Einrichtung zum Bewirtschaften eines Druckspeichersystems mit mindestens einem Druckspeicher.
US10683172B2 (en) 2018-07-26 2020-06-16 International Business Machines Corporation Underground storage system with gravitational and buoyancy force-based package delivery
CN109132251A (zh) * 2018-09-14 2019-01-04 丁玉龙 一种基于液态气体储能的离岸可再生能源输运系统及方法
MX2021003946A (es) * 2018-10-05 2021-09-08 Organoworld Inc Turbinas de fluido aumentadas con alimentación.
WO2020081846A1 (fr) 2018-10-17 2020-04-23 Pneuma Systems Corporation Pompe volumétrique à base de flux d'air
DE102019205129A1 (de) * 2019-04-10 2020-10-15 Siemens Aktiengesellschaft Transport von Fluiden mittels multifunktionalem Transportbehälter
US11614066B2 (en) 2019-05-11 2023-03-28 Innovator Energy, LLC Fluid displacement energy storage
DE102020106503A1 (de) * 2020-03-10 2021-09-16 Allion Alternative Energieanlagen Gmbh Energiespeicher
US11655793B2 (en) 2020-07-17 2023-05-23 Innovator Energy, LLC Power generation using storage reservoirs at different elevations
US11852299B2 (en) * 2022-02-21 2023-12-26 Carbovate Development Corp. Method for emergency pressure relief and vapor capture
CN114542946B (zh) * 2022-02-21 2023-12-22 江苏国能石油天然气有限公司 一种利用地下空间压水储能发电的方法
WO2024013499A1 (fr) * 2022-07-15 2024-01-18 Fraenkel Wright Limited Stockage de gaz à l'aide d'un liquide pour déplacement de gaz
GB202210468D0 (en) * 2022-07-15 2022-08-31 Fraenkel Wright Ltd Bulk gas storage

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3198213A (en) * 1962-12-21 1965-08-03 Gen Precision Inc Unit area ratio accumulator with fail-safe means
GB1416238A (en) * 1973-01-30 1975-12-03 Atomenergi Ab Thermal power plant
US3939356A (en) * 1974-07-24 1976-02-17 General Public Utilities Corporation Hydro-air storage electrical generation system
GB1583648A (en) * 1976-10-04 1981-01-28 Acres Consulting Services Compressed air power storage systems
DE3002908A1 (de) 1979-12-05 1981-06-11 BBC AG Brown, Boveri & Cie., Baden, Aargau Gleichdruckluftspeicheranlage mit wasservorlage fuer gasturbinenkraftwerke
US6863474B2 (en) 2003-03-31 2005-03-08 Dresser-Rand Company Compressed gas utilization system and method with sub-sea gas storage
LV13216B (en) * 2004-05-08 2005-02-20 Egils Spalte Air pumped storage power station (gaes)
US7654279B2 (en) 2006-08-19 2010-02-02 Agr Deepwater Development Systems, Inc. Deep water gas storage system
US7281371B1 (en) * 2006-08-23 2007-10-16 Ebo Group, Inc. Compressed air pumped hydro energy storage and distribution system
US8413436B2 (en) * 2006-10-10 2013-04-09 Regents Of The University Of Minnesota Open accumulator for compact liquid power energy storage
US7743609B1 (en) * 2008-02-06 2010-06-29 Florida Turbine Technologies, Inc. Power plant with energy storage deep water tank
EP2280841A2 (fr) * 2008-04-09 2011-02-09 Sustainx, Inc. Systèmes et procédés de stockage et de récupération d'énergie à l aide de gaz comprimé
CN101876398B (zh) * 2009-05-01 2014-12-10 丛洋 减压储气装置、喷气系统及机动车

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2012160311A2 *

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WO2012160311A2 (fr) 2012-11-29
CN103732885A (zh) 2014-04-16
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JP2014515339A (ja) 2014-06-30
US20140091574A1 (en) 2014-04-03

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