EP2737260A1 - Dispositif de stockage des energies renouvelables sous la forme de chaleur et le procede de restitution en tri generation - Google Patents

Dispositif de stockage des energies renouvelables sous la forme de chaleur et le procede de restitution en tri generation

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EP2737260A1
EP2737260A1 EP12740943.1A EP12740943A EP2737260A1 EP 2737260 A1 EP2737260 A1 EP 2737260A1 EP 12740943 A EP12740943 A EP 12740943A EP 2737260 A1 EP2737260 A1 EP 2737260A1
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EP
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heat
storage
steam
energy
water
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Withdrawn
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EP12740943.1A
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Jacquis SUZANNE
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    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the present invention relates to a device for the considerable storage of renewable energies in the form of heat, especially photovoltaic energy, solar thermal, renewable energy. in general and again a restitution process according to the invention in the form of thermal energy and more particularly a method of restitution of said energies in tri-generation.
  • the present invention relates to a high-temperature storage device, in a large mass volume of stone with high thermal inertia, combining the electricity produced by the photovoltaic panels and the hot water produced by solar thermal sensors within the device and the renewable energies in general, via the public network, with a view to a subsequent restitution of 10 kilowatts to several hundred megawatts, especially during a high demand for electricity consumption, and also to restore the stored energy, in the form heat to produce cold by adsorption and / or absorption, hot water for heating and sanitary and also to preheat the water to power an industrial boiler operating either in electrical energy and / or fossil fuels.
  • Photovoltaic panels convert sunlight into electricity and remain one of these solutions. We also know that they are dependent on the state of the sun, thus making this solution random. The natural elements also affect the profitability of the installation, in addition the climatic effects must be taken into account.
  • the existing storage solutions are electrochemical Ni-Cd, lead and lithium batteries. Batteries, lead, are one of the most controlled and used technologies, which are under two types of electrolytes, liquid or gelled. However, the gelled electrolyte does not accept overvoltages.
  • the storage on these conventional batteries coupled with the installation is the most used solution for installations in isolated dwellings where the electricity network is not accessible, where the connection cost is affordable or technically unfeasible.
  • This solution is more suitable for small installations, where the storage capacity is limited most of the time to the needs of the user, moreover with a reduced storage at a low voltage of the order of 24 volts to 48 volts, requiring a regular recharge.
  • French Patent Application No. FR 2,732,170 describes another storage method. of photovoltaic high voltage energy with personalized storage. This storage device and method is also based on a battery solution. However, this system allows a stronger energy storage of the order of several kilowatts. As for the previous solution, apart from the possibility of storing higher voltages, the disadvantages remain more or less the same. These battery power storage solutions are by far the most economically favored solution despite a still high acquisition cost.
  • French Patent Application No. FR 2 941 574 demonstrates a new storage solution using hydraulic force.
  • the system uses the electrical energy supplied progressively as a function of sunlight, supplying a pump that will pump the water in a container downstream to then fill another container placed at a certain height upstream. With the amount of water stored, the user can use the hydraulic force to operate a turbine coupled to a generator to produce electricity.
  • the document No. FR 2 927 959 relating to a patent application describes an installation for generating electrical energy from the energy characterized by two systems providing a heat source, so the first is a thermal source generated by sensors. providing a heat transfer fluid heated by the sun coupled to a second heat source wherein said heat transfer fluid is also heated in a storage means containing state change materials.
  • This coolant will be used to carry another fluid called service fluid in this case butane, according to claim 17 of said patent application to a service temperature for operating a turbine to which a generator is coupled to produce the fuel. 'electricity.
  • the risk of using butane as a service fluid does not exempt the system against the risk of explosions.
  • Compressed air storage is also known. This technology is based on air compression, either in a specially designed enclosure or in an underground storage. Electrical overproduction is used to compress air via a compressor, in order to inject it into a cavity in the basement, for example, and then to reuse it, when the demand for electricity is higher, by operating turbines and then a generator to produce energy and meet the demand.
  • the energy sources used are gas, fuel oil and biomass.
  • the French patent application No. FR 2 727 790 uses Hybrid photovoltaic and thermal solar modules operating in cogeneration of heat and electric energy by heating a gas and by heat exchange can produce energy with maximum thermal efficiency.
  • these aforementioned devices do not meet the problems of storing electricity and renewable energy in general with a return of said energies, subsequently, and / or immediately in tri-generation.
  • the storage device and rendering method according to the invention makes it possible to remedy these drawbacks, which consists of storing, in the form of heat at very high temperature, photovoltaic electric energy, solar thermal energy and renewable energies in general.
  • the public network characterized by the use of stone with high thermal inertia, more particularly steatite, or any other thermal inertia stone, as storage means and then to restore it by thermal transfer, by generating steam of water, able to mechanically actuate an expansion turbine coupled in fine to a generator to produce electricity, and / or also heat to produce cold by adsorption and / or absorption, hot water for heating and or sanitary and / or also to be able to preheat the water to supply an industrial boiler operating either in electricity and / or the fossil fuels.
  • the subject of the invention is a device for storing renewable energies in the form of heat and the rendering in the form of steam, making it possible to generate by thermal transfer and by heat exchangers, the tri-generation, characterized by the combination of two sources of energy, electricity photovoltaic panels and hot water des solar thermal collectors.
  • the storage device and restitution method comprising: - means of production of renewable energies.
  • the present invention consists in storing enormous amounts of electrical energy, of photovoltaic origin or of other origins, in the form of high temperature heat, by means of heating resistors, in a mass volume of natural stone of origin.
  • the steam resulting from this heat transfer, is generated by contact of water with the heat stored in the high thermal inertia stone, housed in a dual-purpose generator, more precisely in a steam generator storing heat, and able to mechanically actuate a low-pressure expansion turbine and then a generator to produce electricity.
  • a device for storing electrical energy of photovoltaic origin on the one hand, and hot water of solar thermal origin on the other hand, in the form of heat in a material of origin mineral with high thermal inertia and the restitution process comprising one or more characteristics detailed hereafter one by one or according to technically possible combinations:
  • a plurality of solar photovoltaic and thermal solar panels with high efficiency that allows, firstly to supply electricity to the resistors housed in the block of stone briquettes with high thermal inertia, introduced in situ in a steam generator heat storage unit, and secondly to supply heat transfer fluid a common storage tank for heat transfer fluids, placed downstream where also converts other heat transfer fluids and in which blocks of stone with high thermal inertia are also housed storing as a result, the sensible heat of said coolant.
  • the electrical energy coming out of the photovoltaic panels will be sent to a set of hot-air heating elements made of iron-chromium-aluminum alloy with a variable power of 0 ° to 1450 °, with a continuous heating capacity of 1300 ° Celsius and having a melting point at 1500 ° Celsius. Resistors will convert electrical energy into heat energy in the form of heat. Alternatively, other models of heating resistors can be used
  • a plurality of high thermal inertia stone briquettes For storage of thermal energy in the form of heat, it is used a plurality of high thermal inertia stone briquettes, preferably in steatite or any other material having heat storage properties, where the characteristics are close to steatite.
  • These stone briquettes with high thermal inertia are traversed by several cylindrical orifices, arranged against each other and longitudinally to accommodate said heating resistors in the orifices provided for this purpose.
  • the storage of energy is also related to the size of the heat storage steam generator (s) and the amount of heat to be stored, which can vary from 4 MJ to 40 MJ for small installations of 400 MJ more than 40000 MJ for larger storage facilities.
  • the electrical energy to be stored is in KWh and the storage in the form of heat will be converted into kilojoules or megajoules and in view of the heat capacity of the steatite, which is 3000KJ / m3.C °, the storage capacity in heat is considerable and not limiting, and
  • composition of soapstone is:
  • Thermal conductivity 6.4 W / mK The briquettes of stones with high thermal inertia will be of variable shape and size and assembled and then wrapped in a metal sleeve against each other arranged in a steam generator storing heat. Resistors powered by electrical energy, derived from photovoltaic panels, heat by radiation and / or convection and / or conduction and / or electromagnetic induction materials with high thermal inertia storing heat to then transform the water sprayed to the inside of the steam generator to the heat storage steamer or a heat transfer fluid.
  • the assembly of the briquettes in said sheath forms a block composed of several stone briquettes with high thermal inertia.
  • the stored energy in the form of heat, represents the temperature T2 between 20 ° to 1200 ° Celsius, and which will also be related to the size of the installation and the power.
  • a common cooling ramp of the controlled water spray nozzles and preheated water supply the heat storage steam generator comprising:
  • b- a controlled water spray nozzles cooling device characterized by a cold water inlet, from the public network, for cooling, via the common rail, said spray nozzles controlled water.
  • This device makes it possible to maintain at a certain temperature the water spray elements before the energy recovery phase by the heat destocking. The fluid will then be recovered in the common storage tank of heat transfer fluids, and
  • a- a preheated water spraying device with a temperature T1 of between 65 ° and 150 ° Celsius, characterized by controllable jet water spraying nozzles equipped with non-return valves for spraying , and gradually, via a high-pressure pump and an automated control system, a steam generator with heat storage, and by transfer heat, will transform said preheated water into steam almost instantaneously.
  • the duration of the preheated water spray should correspond to the steam and / or heat requirements and the amount of energy to be returned.
  • the operation of this device is based on the design of a common cooling / supply rail, representing two circuits in one and with two distinct types of operation, the first for cooling, and the second for supplying preheated water with heat storage steam generator:
  • a- the first circuit is a cold water cooling circuit, from the public distribution network, equipped with controlled water spray nozzles and non-return valves, coupled with a low pressure pump, to cool controlled water spray nozzles during the energy storage phase.
  • This coolant coolant fluid for the occasion, by contact with the heated nozzles during the heat storage phase, will then be stored in a common tank for storage of heat transfer fluids, and
  • the second circuit allows the supply of preheated water, said operating fluid, at high pressure the steam generator storing heat.
  • This preheated water, from the common tank for storage of heat transfer fluids, will be the result of mixing the various heat transfer fluids at a temperature T1 between 65 ° and 150 ° Celsius.
  • this power system allows to have a huge energy saving because it is easier and economical to transform a mass of a liter of water divided into several milliliters (droplets) of water preheated steam , than to transform a homogeneous mass of one liter preheated water into steam.
  • the gain will then be in duration, in energy, and thus the efficiency of the system will be increased.
  • the storage device for renewable energy in the form of heat and the method of restitution is based on a model of thermally insulated dual-function heat storage steam generator, whose first function, explained above, is to store in situ the energy in the form of heat and the second to restore in situ, the heat stored in the form of water vapor by heat transfer.
  • This device consists of a cylindrical carbon steel enclosure or a high strength alloy forming the outer wall and highly thermally insulated.
  • the preheated water supply at temperature T1, will be carried out by a high-pressure controlled water spray nozzle system, via the common cooling / supply manifold, the functionality of which has been described above.
  • Said heat generating vapor generating chamber comprises openings through which a plurality of sleeves is positioned horizontally and spaced apart.
  • Said sleeves are machined in the form of a tube, of different geometrical shapes, will be of the same material as the material used to manufacture said heat storage steam generator and then welded to its inner and outer wall.
  • One of the ends of said sleeves are welded to the inner wall of said heat storage steam generator, and the other end through the opposite wall, is integrally welded to the assembly, for receiving blocks of stone briquettes to strong thermal inertia by sliding.
  • the introduction of said blocks of briquettes with high thermal inertia will be by sliding and outside said heat storage steam generator also facilitating maintenance.
  • the steam generator storage heat takes a different form: the introduction of said blocks of briquettes with high thermal inertia can be done in another way.
  • a spacing is provided between the sleeves and can represent double the size of said sleeves. This space between the sleeves allows free circulation, from top to bottom and through all the sleeves, sensible heat and steam and therefore does not constitute a separation in the steam generator storing heat.
  • the heat storage steam generator may have compartments.
  • the heat storage steam generator is one of the essential elements of the energy storage device and the restitution process because its role is doubly advantageous, firstly for the storage of energy 12 and secondly for the production of steam, so-called steam service and / or heat.
  • the variation of vaporization enthalpy, of the change of the liquid state in the gaseous state, of the fluid of the service can represent 10% to 35% of latent heat of vaporization to be punctured directly in the stock of heat contained in the generator of Steam heat storage.
  • E m.Cp.A9
  • the steam transformation of said service fluid requires less energy in T2 than the transformation of a water at ambient temperature.
  • the overall efficiency of the energy storage device and the method of restitution is also dependent on the choice of expansion turbines operating at low pressure 4 bars. It is found that production can largely compensate for the intermittent side of photovoltaic and renewable energy in general, as the production of steam will be much greater in the sense that storage is performed by two heat sources. Their combinations allow a higher storage rate and a better management of destocking.
  • the design and the presence of the storage tank of heat transfer fluids allow a significant increase in the efficiency of the system in its entirety add to that the solution of spraying, said preheated water called service fluid, in the steam generator storing heat.
  • the system also incorporates a common storage tank heat transfer fluids containing a mixture of heat transfer fluids, with a temperature T1 between 65 ° and 150 ° C, in particular the fluids coming from the solar thermal panels, the cooling ramp, the condenser, but also the heat exchanger and heat exchanger storage tank; also dedicated heat exchangers.
  • the common storage tank for heat transfer fluids can store heat transfer fluids of various origins for then be used in the aforementioned storage and retrieval device.
  • This sensitive heat storage device characterized in that blocks consisting of stone briquettes with high thermal inertia are incorporated in said tank and said stone blocks with high thermal inertia are wrapped in waterproof sheaths of the same material as the tank and welded solidly to the inner walls of said storage tank of heat transfer fluids.
  • this sensitive heat storage device by blocks consisting of briquettes with high thermal inertia in said tank, is particularly favorable for maintaining the mixture of the different heat transfer fluids at a temperature T1 between 65 ° and 150 ° .
  • the mixture of different heat transfer fluids generates a single service fluid for supplying preheated water to one or more heat storage steam generators. It should be noted that blocks of stone briquettes with high thermal inertia are not equipped with heating resistors.
  • the heating of said blocks of stone briquettes with high thermal inertia will be carried out by heat transfer and by contact with the different heat transfer fluids and is also a solution for storing solar thermal energy.
  • the heat transfer medium storage tank recovers through the collector located in height, the heat transfer fluids of the entire energy storage device and the method of restitution of said stored energy.
  • the first heat transfer fluid comes from the entire installation of mixed solar thermal panels. More particularly from the solar thermal part and also from the cooling device of the common cooling and supply ramp of the steam generator (s) storing heat, also various recoveries within the installation, for example condensates.
  • the various condensates generated during the process of restoring the stored energy come from the heat exchanger expansion tank and also from the two other heat exchangers dedicated to the heating of the hot water and the exchanger for heating the heat transfer fluid. for the production of cold by absorption and / or adsorption.
  • the heat transfer fluid storage tank is a heat-insulated stainless steel enclosure containing a set of high thermal inertia stone block installed inside protective sheaths. Said sleeves are disposed in said enclosure, welded to the inner walls and spaced so as to let the heat transfer fluids circulate and mix freely.
  • the different heat transfer fluids will not all have the same temperature from their different sources.
  • the main role of said heat transfer fluid storage tank is preponderant within the energy storage and return device.
  • the different heat transfer fluids will be amalgamated in situ in said tank in order to obtain a single service fluid, coolant, at the temperature between 65 ° to 150 ° represented in T1.
  • An accumulator disposed upstream between said tank, stores the hot water of the solar thermal panels before being reinjected into the common coolant storage tank.
  • the water supply of the energy storage device and the return is provided by a first device directly supplying solar thermal panels and a second device supplying, via a low pressure pump, the common dual cooling / supply function ramp.
  • H) The operation of the stored energy recovery process is based on two distinct steam circuits, the first CP1 connects the steam generator to the turbines in fine and the second CS2, the steam is passed through a heat exchanger storage tank placed downstream of the heat storage steam generator and upstream of the turbines. Said heat exchanger storage tank makes it possible to collect, by means of an automatic pressure regulator, the service steam from the heat storage steam generator when the steam pressure and the temperature are respectively greater than 13 bar and 150 ° Celsius.
  • a heat exchanger steam expansion tank located downstream on the secondary circuit CS2 operating both as a cooling and expansion circuit containing two coil-shaped subcircuits.
  • the first is used to heat hot water for heating and / or domestic hot water and the second circuit is connected to a heat exchanger cascaded with respect to the heat exchanger storage tank for heating a heat transfer fluid to the production of cold, such as air conditioning by adsorption.
  • Said heat exchanger reservoir makes it possible to collect, by means of an automatic pressure regulator and the other automatic control components, the steam coming from the steam storage unit (s) when the pressure of said steam and the temperature are respectively greater than 13 bar and 150 ° Celsius.
  • the advantageous role of this device is threefold: firstly to relax the pressure of said vapor, when the use values are higher than the required values, that is to say 4 bars per turbine and 150 ° surroundings.
  • the pressure and the temperature can be adapted to other types of turbines. It is understood that the steam must pass through the heat exchanger expansion tank, via the secondary circuit CS2, to then feed the expansion turbines. It is specified that the tilting of the circulation of said steam from the primary circuit CP1 to the secondary circuit CS2 will be carried out progressively and vice versa by the automatic control devices.
  • the second advantage is obtained by the use and the presence of steam to heat a fluid, preferably water, which circulates in a closed or open circuit, according to whether it is desired to heat said fluid for heating or domestic hot water or preheating water to supply, upstream, a boiler in preheated water.
  • a fluid preferably water
  • This circuit part of which is serpentine, is integrated in situ in the heat exchanger expansion tank.
  • the exchanger may have another function and / or heat another fluid.
  • the third advantage is also to heat a fluid preferably water, which circulates in a closed circuit, a part of said circuit is in a coil and located inside the heat exchanger expansion tank, and the other part in a second heat exchanger, integrated downstream of the device, for then heating a second refrigerant fluid for supplying, as a heat source, a device for producing cold by absorption or adsorption.
  • a fluid preferably water, which circulates in a closed circuit, a part of said circuit is in a coil and located inside the heat exchanger expansion tank, and the other part in a second heat exchanger, integrated downstream of the device, for then heating a second refrigerant fluid for supplying, as a heat source, a device for producing cold by absorption or adsorption.
  • the very configuration of the energy storage and rendering device makes it possible to upgrade the installation to a tri-generation solution according to the invention on the one hand, and on the other hand, to the process put in place. implemented to restore the stored energy.
  • the almost immediate vaporization, of said preheated water, into said heat storage steam generator allows tri-generation. That is to say: an energy source: the sun generating three energy sources: electricity, water hot for heating and / or hot water and heat for air conditioning by absorption or cold adsorption and / or preheating water to supply a boiler.
  • an energy source the sun generating three energy sources: electricity, water hot for heating and / or hot water and heat for air conditioning by absorption or cold adsorption and / or preheating water to supply a boiler.
  • a plurality of heat storage steam generators can be coupled in fine.
  • a set of insulated pipes allows the transport of heat transfer fluid, at a temperature between 65 ° to 150 ° Celsius from the solar thermal panels, to the common storage tank of heat transfer fluids.
  • the different heat transfer fluids come from the cooling circuit for cooling the controlled spray nozzles, turbines after the expansion of the steam, the condenser and the heat exchangers and the heat exchanger expansion tank and also other sources external to the device.
  • the connections between the heat storage steam generator, the heat transfer medium storage tank, the turbines, the heat exchanger storage tank and the heat exchanger will be carried out by insulated pipes and also by control devices and automated orders.
  • the transport of the service steam will be done by pipes, primary CP1 and secondary CS2 lagged, equipped with devices allowing the circulation or not of said steam service during the phase of restitution of the system.
  • a control device assembly for automating the operation of the heat transfer fluids of the above-mentioned pipe assembly and also the service fluid will comprise:
  • b- A control cabinet allowing via automata the various control elements, water supply of the steam generator with heat storage and the production of electricity via the turbines.
  • the service steam actuates an expansion turbine by driving through its axis of rotation a set of electrical generator coupled in fine producing electricity or heat in any form whatsoever.
  • the heat storage steam generator can be both a heat storage device with steam generation, as described above and / or a storage device Heat exchanger heat in situ.
  • the device is then equipped with blocks consisting of stone briquettes with high thermal inertia or any material that meets the characteristics of high thermal inertia materials and equipped with heating resistors, and pass through tubes which are arranged inside a central orifice (see Figure 7), in order to heat a fluid preferably water for building heating and hot water use and also to produce steam and / or air drawn.
  • blocks consisting of stone briquettes with high thermal inertia or any material that meets the characteristics of high thermal inertia materials and equipped with heating resistors, and pass through tubes which are arranged inside a central orifice (see Figure 7), in order to heat a fluid preferably water for building heating and hot water use and also to produce steam and / or air drawn.
  • this device for storing and restoring energy of photovoltaic, solar thermal origin in particular and renewable in general allows adaptability for all types of thermal energy needs and particularly in urban areas because the storage and retrieval device energy is 100% ecological.
  • the energy storage device in the form of heat and its recovery uses this type and non-limiting storage steam generator of heat that can both produce steam to not only produce electricity but also steam to heat the building and then domestic hot water and / or heat for air conditioning for absorption air conditioning systems and adsorption and / or preheated water for supplying hot water of between 20 ° and 170 ° Celsius, upstream, with a boiler in preheated water, and thus this invention can have a configuration for the recovery of energy in tri generation 100% ecological.
  • Figure 1 is a representation of the installation according to the invention.
  • FIG. 2 is a variant of FIG. 1 of the installation according to another embodiment of the invention with a second heat storage steam generator connected to the initial device.
  • FIG. 3 is a variant of FIG. 1 and 2 of the installation according to another most advantageous embodiment of the invention combining two heat exchangers for tri-generation energy recovery.
  • Figure 4 is a sectional representation and a front view of a stone briquette with high thermal inertia steatite with orifices for housing the resistors according to the invention.
  • FIG. 5 is a sectional representation and a front view of a stone briquette with high thermal inertia, steatite with orifices for housing the resistors, and a steel tube for the passage of a heat transfer fluid according to FIG. invention.
  • Figure 6 is a sectional representation and a front view of the heat storage steam generator with the positioning of the sleeves containing the stone briquettes with high thermal inertia steatite and also the positioning of said briquettes forming a block.
  • Figure 7 is a variant shows in section and a front view of the heat storage steam generator with the positioning of the sleeves containing the stone briquettes with high thermal inertia steatite with the resistances at the ends and the tube at its center.
  • FIG. 8 is a representation in section and a front view of the common storage tank of heat transfer fluids with the positioning of the compartments containing the blocks of stone with high thermal inertia and also the positioning of said blocks and also the arrival and departure of heat transfer fluids.
  • FIG. 1 a device for storing electricity of photovoltaic origin and solar thermal energy characterized by the following elements:
  • a solar source installation represented by mixed panels 1 composed of photovoltaic panels 2 for electricity and solar thermal panels 3 for the production of hot water and a source of cold water 4 for supplying the cooling water circuit 17 which through a pipe 19 is connected to the common coolant storage tank 5 and a steam generating means 6.
  • the set of photovoltaic panels is connected to the heat storage device by electric cables 1 a.
  • the initialization steps of the system begin first by a supply of water by the cold water inlet 4a to supply the solar thermal panels 3, secondly by the cold water inlet 4, supplying the cooling ramp 14, and thirdly by activating the photovoltaic panels 2 in order to supply energy to the resistors 8 housed in the high thermal inertia stone blocks 7, situated within the heat storage steam generator, to start the storage operation of energy.
  • the photovoltaic panels 2 supply energy to the thermal inertia blocks 7 thereby supplying the resistors 8 inserted into the blocks of high thermal mass 7.
  • the various blocks of stone with high thermal inertia 7 and resistors 8 are fed by temperature gradient, in order to balance the load and avoid any risk of excessive expansion of the sheaths 1 1, containing blocks of stone briquettes with high thermal inertia 7 housed horizontally, through into the heat storage steam generator 6.
  • the control cabinet 12 makes it possible to control the different stages of energy storage.
  • the storage period corresponds to the amount of energy produced by the set of mixed panels 2 that compose the installation, when the public network can no longer absorb because of too much production and also when one wishes to defer the energy production.
  • the amount of heat stored in the blocks of stone briquettes with high thermal inertia 7 is included with a minimum of 20 ° to more than 1200 ° Celsius.
  • This voluntary limit of 1200 ° of stored heat is in function of the limits of economically available heating materials on the market.
  • the storage is also a function of the sizing of the heat storage steam generator, which can vary from 4 MJ to over 40 MJ for small installations, 400 MJ or more than 40000 MJ for larger installations.
  • this device for storing and restoring energy of photovoltaic origin, solar thermal in particular and renewable in general allows adaptability for all types of need.
  • a ramp 14 located above and to the sides of the heat storage steam generator 6 can cool said ramp 14 equipped with controlled spray nozzles 15 introduced halfway into the orifices made in the wall of the heat storage steam generator 6 and then fixed integrally by a suitable fixing device.
  • the controlled water spray nozzles 15 are equipped with ball check valves 16.
  • the cooling ramp 14 firstly makes it possible to cool the controlled water spray nozzles 15, the cooling is done through the circuit 17, where the cold water 18 arrives via the public network and then discharged through the pipe 19 to the common storage tank 5 heat transfer fluid.
  • the circulation of the cooling fluid is effected by a pump 20 located upstream of the coolant transport circuit.
  • said cooling fluid becomes a heat transfer fluid 18, by contact with the controlled spray nozzles 15, of the cooling ramp 14.
  • This heating is the result of the Fourier law because the elements such as the heat storage steam generator 6, the sheaths 1 1, the blocks of stone briquettes with high thermal inertia and the controlled water spray nozzles form a set where the heat is communicative, since the device converts electricity from photovoltaic panels 2 into stored heat.
  • the temperature will depend on the storage time and the amount of energy to be stored.
  • the coolant 18 is discharged to the common storage tank of heat transfer fluids 5, for later use to supply the heat storage steam generator 6 during the steam production phase.
  • the common storage tank for heat transfer fluids 5 is a device in which the different fluids that have become heat transfer fluids converge and mix in order to obtain a service fluid 23 whose temperature will be between 65 ° and 95 ° C. .
  • the heat transfer fluid 3b stored in the accumulator 3a from the high-efficiency solar thermal panels 3 of the mixed solar panel system 1 is also stored in the common storage tank for heat transfer fluids 5.
  • This heat transfer fluid 3a of temperature between 65 ° to 75 ° Celsius will be mixed in the common storage tank of heat transfer fluids 5 with the fluid 18a from the cooling circuit of the ramp 14, which has for the circumstance become a coolant in order to obtain a heat transfer fluid 23, ready to be sprayed in a heat storage steam generator 6.
  • the mixture of the heat transfer fluid 3a, 18a in the common storage tank for heat transfer fluids 5 makes it possible to obtain another service fluid 23 of temperature between 65 ° and 95 °.
  • said service fluid 23 makes it possible to obtain an almost immediate evaporation, during the phase loading of the liquid from the liquid state to the gaseous state, in the heat storage steam generator 6, of said operating fluid 23, also to avoid a large temperature difference, during said phase change.
  • the combination of several heat transfer fluid sources 3a, 18a, as a first step, makes it possible to optimize the overall efficiency of the installation during the energy recovery, because when spraying the service fluid 23 into the heat storage steam generator 6.
  • the next step describes the operation of the device, in its production steam production phase by restoring the energy.
  • This phase of energy production and return is triggered when the public network can no longer provide energy to all consumers at the right time.
  • the electricity of the photovoltaic panels 2 is sent directly into the blocks of high thermal inertia briquettes 7 steatite through the heating resistors 8, so the duration of storage depends on the size of the installation.
  • the cooling fluid 18, which circulates in the ramp 14 is stopped by the solenoid valve 22, the low pressure pump 20 is deactivated, via the control panel 12.
  • the solenoid valve 25 is activated releasing the service fluid 23 from the common storage tank of heat transfer fluids 5, the high pressure pump 25 conveys said operating fluid 23 through the transport circuit 26 to the ramp 14.
  • the cooling ramp 14 is used both as a cooling ramp and also as a ramp to feed the storage steam generator. heat 6 in service fluid 23.
  • the check valves 16a, 16c installed on the circuits 17, 26 control the flow direction of the cooling fluids 18 on the one hand, and on the other hand, the service fluid 23 during the changeover of the storage phase / cooling compared to the phase of destocking / energy production.
  • service fluid 23 is propelled into the ramp 14 by the high pressure pump 25 and that the pressure must necessarily be greater than the pressure within the heat storage steam generator 6.
  • This service fluid 23 goes to through controlled water spray nozzles 15, equipped with vapor check valves, to the inside of the heat storage steam generator 6 thereby causing almost instantaneous evaporation of the service fluid 23.
  • This change of state thereby generates a service steam 24 at a pressure that will be variable with respect to the amount of heat stored in the heat storage steam generator 6, and the amount of water spray and its duration.
  • the pressure increases exponentially to a predetermined value in the heat storage steam generator 6.
  • the pressure of the operating fluid 23 must be at least one bar higher than the reverse pressure exerted by the pressure in the heat storage steam generator 6 so that the spray system operates properly.
  • the primary circuit CP1 is biased, the automatic steam flow control device 28a is activated in the open position releasing the steam 24 in the heat-insulating circuit 28.
  • the steam generated makes it possible to evacuate the air via the air purge 29. This hot air evacuation process will be automated during the operation of the installation. .
  • the pressure of the steam 24, generated in the heat storage steam generator 6 may be greater than 4 bar, or more depending on the number of turbine in operation, the 28a automatic steam flow control device will adjust said pressure of use, which is 4 bar for each expansion turbine 32. It is understood that the pressure of the steam 24 must be 4 bar and then transported by the pipe 28 to the expansion turbine group 32 ultimately coupled to the generatrices 33, thereby producing electricity which will then be reinjected into the grid or used in isolated buildings in the network.
  • the check valves 30, 30a installed on the pipe 28, 29a control the flow direction of the steam 24, when the secondary circuit CS2 will come into service. The very important role of this retention device is recommended for this type of installation, energy restitution following a storage process, because the pressure within the heat storage steam generator 6, can often be greater than the operating pressure, which shall not be greater than 12 bar to properly operate a power turbine unit.
  • the heat exchanger condenser 40 installed at the exhaust outlet of the expansion turbine (s), recovers the expanded vapor, whose pressure is zero, and the temperature further enables the heat-exchange fluid 23 located in the reactor to be heated.
  • This device is connected to the common storage tank for heat transfer fluids 5 through line 41 and 41a.
  • the discharge pump 42 is used to pump the fluid contained in the common storage tank of heat transfer fluids 5 in order to condense the expanded steam by the expansion turbines operating in a closed circuit. It is specified that said cooling fluid must be lower in temperature than the temperature of the expanded steam. This cooling fluid will generate a new coolant 41 c. The condensate 40b, resulting from this exchange, will also be fed back to the common storage tank of heat transfer fluids 5 through the pipe 40a and the pump 42a.
  • the above description demonstrates how the heat storage steam generator stores the energy, restores it and then produces steam and also the use of the transport circuit of said steam by the primary circuit CP1 to the turbine (s). (s) relaxation and electrical production. It should be noted that this first mode of operation of the device is a function of the pressure recorded by temperature probes and pressure sensors, not shown, installed on the heat storage steam generator 6.
  • the automatic steam flow control device 28a located on the circuit 28, 27, is placed in the closed position gradually stopping the flow of steam 24 in said circuit 28,27.
  • the automatic steam flow control device 28b passes from closed position and open position gradually circulating the steam 24 this time in the secondary circuit CS2. It is important to note that the turbine group may experience a slight slowdown during this tilting phase and it is necessary to properly manage the pressure of the steam in the heat storage steam generator, to always feed the group of turbines in steam.
  • the control of the various control members such as: the high pressure pump 25, for the water flow, the control devices 28, 28b, 47 will be controlled by PLCs found in table 12.
  • This switching of the circulation of the steam 24 of the circuit CP1 to CS2 must be carried out gradually so as not to break suddenly the flow of said steam 24 which is already supplying the turbines. It is specified that the tilting is reversible as a function of the pressure. The pressure must be constant in the pipes to properly maintain the proper functioning of the turbines and the electrical production.
  • the secondary circuit CS2 serves as a safety circuit when the pressure is greater than the operating pressure.
  • the heat storage steam generator 6 of the order of + 20 ° to 1000 °, which corresponds to the energy storage time in the blocks of stone briquettes with high thermal inertia7 steatite, the size of the installation of solar panels 1 and especially the rate of sunshine. Since the device described above is a device proper for storing renewable energies ultimately coupled to a method of producing energy via a source of steam, it is obvious that the heat and the pressure being at the interior of the heat storage steam generator 6, is very important at the time of the steam production during the spraying of the coolant service fluid 23.
  • said steam is directed towards the heat exchanger expansion tank 43.
  • This tilting is controlled by the general control panel 12.
  • the automatic steam flow control device 28a is actuated to direct the steam 24 towards the heat exchanger expansion tank 43 through the insulated pipe 44. This device makes it possible to relax the pressure of the steam coming from the storage steam generator. heat 6, when said pressure is greater than the operating pressure. It is recalled that the group of expansion turbines operate with an overall pressure of 12 bars, if 3 expansion turbines at 4 bar are coupled.
  • this steam 24 will be expanded in this device 43 at the pressure necessary for the smooth operation of the expansion turbines 32 and the generatrices 33.
  • the exchanger vapor expansion tank 43 will be of suitable size and equipped with two sub-units. heat exchanger circuits, not shown, in FIG. FIG. 3 will describe further the intrinsic operation of this energy recovery method in its most advantageous overall configuration.
  • the pressure of the steam 24, expanded, is injected into the pipe 29a by actuating the control device 47 progressively releasing the steam 24 which is then directed towards the group of turbines via the same common pipe 27, 28 downstream of the valve retainer 30 including a tee connector 29b allows the junction.
  • the steam 24 rotates the turbine ultimately operating the generator group which then produces electricity.
  • the heat storage steam generator 6 must be able to produce steam at a pressure greater than 4 bar in order to optimally operate the expansion turbine group and the generators by using the primary circuit CP1 and that then the secondary circuit CS2 is biased in the case where the pressure is greater than the setpoint values and, that the passage of said steam 24, through the heat storage expansion tank, is a sine qua non condition.
  • the device according to the present invention operates alternately with the two vapor circuits CP1 and CS2 and characterized by the combination of solar panels 1 combined photovoltaic compound 2 and solar thermal 3 which allows, not only to rationalize the surface used to install said panels, also to be able to store the two renewable energy sources, the first in the form of heat, in a heat storage steam generator 6 containing blocks of briquettes with high thermal inertia 7 and the second in the form of a heat transfer fluid 3a , stored in a heat-insulated storage tank 5, also containing stones with high thermal inertia.
  • the combination of the two sources makes it possible to produce electricity in a timely manner and to obtain a very high return.
  • FIG. 2 illustrates another embodiment, for which the elements equivalent to the previously described embodiment are marked with identical references.
  • the present invention also provides a method of restoring energy stored in the form of heat in blocks of stone briquettes with high inertia thermal with a configuration of several storage units characterized by the installation within the process of several heat storage steam generators and at least two and equivalent dimensioning to double the storage.
  • FIG. 2 thus illustrates this configuration with two heat storage steam generators 6 and 6a which are connected to the same cold water supply and cooling circuit 18 via the pipe 60 and by a tee connector 60a for the cooling of the ramp 14a.
  • the supply of the second heat storage steam generator 6a of operating fluid will be performed by the pipe 26a and by a second high pressure pump 25c.
  • the operation of the two heat storage steam generators 6, 6a can be done individually or by combining the two or, by associating a third heat storage steam generator, not shown, in this figure.
  • the transport of the service steam 24 to the turbine unit will be effected by the pipe 27a, 28, 28c for the primary circuit CP1 and by the pipe 44a and the control device 28d for the secondary circuit CS2 to the expansion tank heat exchanger 43 to then feed the turbine group through the pipe 29b through the common pipe 27a to connect by a tee connection downstream of the holding valve 30.
  • FIG. 3 represents a configuration according to the invention including a heat exchange device directed towards a tri-generation solution and for which the elements equivalent to the embodiment described above are marked with identical references.
  • the photovoltaic energy storage device 2 and solar thermal 3 in the form of heat is characterized by the storage of energy in the form of high temperature heat in blocks of briquettes with high thermal inertia 7 and that its restitution is done by thermal and mechanical exchange.
  • the heat exchanger expansion tank 43 intended to relax the pressure from the heat storage steam generator 6, 6a also makes it possible to heat, by heat exchange, an assembly a system of three sub-circuits of which the first 53, has a coil portion 53a located inside the tank 43, the other part, also coil 53c located in a heat exchanger 55, operating in a closed circuit.
  • a heat transfer fluid 56 preferably organic circulates, driven by the pump 54. The circulation of said heat transfer fluid 56 thus allows the heat exchange of the tank 43 and the heat exchanger 55.
  • the heat exchange system comprises three sub-circuits, the operation of the first 53 of which has just been explained above, and the second circuit 57, a part of which is in a coil 57a located in the heat exchanger 55, connecting to a heat-adsorption air conditioning device 59, that these two circuits 53 and 57 work together.
  • Said circuit 57 contains a coolant 58.
  • the third circuit 70 a part of which is also in a coil 71 also located inside the expansion tank, vapor exchanger 43, allows a fluid to be heated. coolant water 71 a.
  • the circulation of said fluid 71a first passes through line 72, warms up in the vapor-exchange expansion tank 43 through the coil 71, then exits through the outlet 73 and thereby becomes a coolant intended primarily for building heating and operating in a closed circuit.
  • the pump 74 allows the circulation of the coolant 71 a.
  • An additional steam supply line 55a directly connects the heat exchanger 55 and the heat storage steam generator 6, provides power to said heat exchanger in case the need for heat is important.
  • the control device 55b composed of a pressure regulator, a solenoid valve installed upstream on the circuit 55a makes it possible to automatically control, via the control panel 12, the circulation or not of a new heat transfer fluid 55d.
  • the pipe 55e makes it possible to recover the condensate in the heat exchanger 55 and then to evacuate it, using the pump 55f towards the condenser 40.
  • FIG. 4 represents the briquette with high thermal inertia of a few shapes and dimensions, which has orifices 7a of variable diameter in which resistors 7b are housed.
  • the positioning and drilling holes 7a allows a better distribution of heat during the energy storage phase.
  • the stone briquette with high thermal inertia is pierced by par in order to facilitate the housing of the resistors 7b during the introduction of said briquettes in the sheath January 1. It is specified that the sheath 11 may comprise a number of briquettes in relation to the size of the heat storage steam generator and also the length of said sheath January 1.
  • a space 1 1 has a few millimeters is observed between the inner wall of the sleeve 1 1 and the outer surface of the briquette to predict the effect of expansion. According to one of the characteristics of soapstone, a dilation of 0.017% is observed at more than 500 ° Celsius.
  • FIG. 5 represents a variant of FIG. 4 according to the invention including a heat exchange device represented by a central orifice through which a tube is housed and for which the elements equivalent to the embodiment described previously are identified by identical references as the block of briquettes with high thermal inertia of some shapes and dimensions whatsoever, having orifices 7a of variable diameter in which resistors 7b are housed and also a larger diameter orifice 7c in order to let a 7d tube pass.
  • a heat exchange device represented by a central orifice through which a tube is housed and for which the elements equivalent to the embodiment described previously are identified by identical references as the block of briquettes with high thermal inertia of some shapes and dimensions whatsoever, having orifices 7a of variable diameter in which resistors 7b are housed and also a larger diameter orifice 7c in order to let a 7d tube pass.
  • the positioning and drilling holes 7a allows a better distribution of heat during the energy storage phase.
  • the high thermal inertia briquette is pierced right through to facilitate the housing of the resistors 7b and the passage of a tube 7d during the introduction of said briquettes into the sheath 11a.
  • sheath 11a may comprise a number of briquettes in relation to the size of the heat storage steam generator and also the length of said sheath 11a.
  • a space 1 1 b of a few millimeters is observed between the inner wall of the sheath 11a and the outer surface of the briquette to predict the effect of expansion. According to one of the characteristics of steatite, a dilation of 0.0017% is observed at more than 500 ° Celsius.
  • FIG. 6 which illustrates the preferred embodiment according to the invention in section and a front view of the heat storage steam generator 6 having an opening 9 designed such that the sleeves 1 1 are housed therein, arranged horizontally and across, one end 9a of said sleeve is welded to the inner wall of the heat storage steam generator 6 and the other end 9b through the opposite wall of said heat storage steam generator 6, also welded to the wall internal and external.
  • a space is provided between each positioning of the sheaths 1 1 inside the heat storage steam generator 6.
  • the stone briquettes with high thermal inertia are positioned so that the orifices align longitudinally to accommodate a certain number of heating resistors 8.
  • the controlled water spray nozzles 15 are fixed in the wall of the heat storage steam generator 6 by suitable fixing systems of which 1/3 of said nozzles will be inside, the remaining 2/3 will be from outside the heat storage steam generator 6, integrate the cooling ramp /food.
  • the positioning of said nozzles allows in situ and homogeneous spraying inside the heat storage steam generator 6.
  • the shutter 9d thermally isolates the compartment 9 containing the blocks of stone with high thermal inertia.
  • the heat storage steam generator takes another form and the positioning of said sleeve and said nozzles another position.
  • Figure 7 shows a sectional and front view of the steam generator storing heat.
  • a heat storage enclosure version in a version containing a tube 90 within a block of briquettes with high thermal inertia 91 containing resistors 92 for heating the water 90a which circulates in the tube 90.
  • the positioning of the sleeves 93 in the chamber 94 is done horizontally, or over the entire length or width of said enclosure 94.
  • the sleeves 93 transversely traverse the walls of said enclosure 94 so that a plurality of tube 90 can enter and exit easily compartment 93 containing the block of stone briquettes with high thermal inertia 91.
  • Suitable heating resistors 92 are introduced into the high thermal inert stone block 91 to store electrical energy converted to heat from photovoltaic panels or renewable energies in general, not shown in the figure.
  • This storage of electricity is converted into heat by means of the resistors 92 thereby heating the block of stone briquettes with high thermal inertia 91 and by heat transfer heat the water 90a which circulates in the tube 90.
  • this configuration according to Figure 7, can take a completely different form and can also be equipped with a common cooling / supply rail (see Figure 6) to obtain an electrical energy storage device combining the two configurations and a more efficient rendering process with a higher yield.
  • the electricity is stored in the form of heat in the high thermal inertia stone 91 and then restored in the form of heat exchange when the water 90a flows in the tube 90.
  • Shutters 97 and 97a allow thermally isolate the compartments 93.
  • another fluid that water can flow in the tube 90.
  • FIG. 8 is a representation in section and in front view of the common storage tank of heat transfer fluids 5 with the shell casing 80 containing the block of stones with high thermal inertia 81.
  • the incorporation of said sleeve 80 in situ in the heat transfer fluid storage tank 5 stores sensible heat, provided by the heat transfer fluids 41a, 3a, 18a, 19a, 40b, 41c by passing the manifold 83, located in height of said tank.
  • the positioning of the sheath 80 containing the block of stones with high thermal inertia 81 will be such that the heat transfer fluids will always remain in contact, more precisely down the common tank for storage of heat transfer fluids.
  • the positioning of the sheath 80 must not hinder the evacuation outlet 83a connected to the pipe 26 carrying the heat transfer fluid 23.
  • the device according to the invention is particularly intended to store energy of solar origin whether photovoltaic and also solar thermal and / or renewable energy in general and also electricity network in a solid material and more particularly, a mineral with high thermal inertia steatite in the form of heat and subsequently restore it by heat transfer using a fluid of water to produce steam by operating a turbine and a generator to produce electricity, and also to generate heat, via a heat exchanger, for building heating, for the production of domestic hot water and to supply heat to produce cold by an adsorption device and / or or absorption and also to produce preheated water to supply an industrial boiler operating either in electrical energy or fossil energy or to other energies.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de stockage des énergies renouvelables sous la forme de chaleur dans un volume massique de pierre à forte inertie thermique la stéatite et un procédé de restitution des énergies en vapeur par transfert thermique en tri génération. Il est constitué d'un générateur à vapeur stockeur de chaleur, double fonction (6) comportant une pluralité de briquettes de pierre à forte inertie thermique (7) dans lesquelles des résistances chauffantes (8) sont logées et alimentées en électricité (2). Une cuve commune de stockage de fluides caloporteurs (5) contenant de la stéatite servant à stocker la chaleur sensible issu du fluide caloporteur provenant des panneaux solaires (3). Une rampe commune de refroidissement/alimentation en eau (14) permet de refroidir les buses à pulvérisation d'eau contrôlée (15) qui alimentent en fluide de service (23) le générateur à vapeur stockeur de chaleur et par transfert thermique produit de la vapeur. A 4 bars la vapeur de service passe par un circuit primaire CP1 vers la turbine, et au delà, le circuit secondaire (CS2) est activé afin d'orienter ladite vapeur (24) dans le réservoir de détente échangeur de chaleur (43) pour être ensuite transporter par la conduite (47) vers les turbines. Trois sous-circuits (53, 57, 70) sont couplés, dont deux formant un second échangeur de chaleur (53, 57) permettant de réchauffer l'eau, pour le chauffage, le sanitaire, la climatisation à adsorption. L'invention est destinée à stocker de l'énergie renouvelable sous la forme de chaleur et la restitution en tri génération.

Description

DISPOSITIF DE STOCKAGE DES ENERGIES RENOUVELABLES SOUS LA FORME DE CHALEUR ET LE PROCEDE DE RESTITUTION EN TRI GENERATION La présente invention concerne un dispositif de stockage considérable des énergies renouvelables sous la forme de chaleur, notamment l'énergie d'origine photovoltaïque, thermique solaire, renouvelable en général et encore un procédé de restitution selon l'invention sous la forme d'énergie thermique et plus particulièrement un procédé de restitution desdites énergies en tri génération.
La présente invention concerne un dispositif de stockage à haute température, dans un important volume massique de pierre à forte inertie thermique, combinant l'électricité produite par les panneaux photovoltaïques et l'eau chaude produite par des capteurs thermiques solaires au sein du dispositif et des énergies renouvelables en général, via le réseau public, en vue d'une restitution ultérieure de 10 kilowatts à plusieurs centaines de mégawatts, surtout lors d'une forte demande de consommation en énergie électrique, et également de restituer ladite énergie stockée, sous la forme de chaleur pour produire du froid par adsorption et/ou absorption ,de l'eau chaude pour le chauffage et le sanitaire et également de pouvoir préchauffer l'eau pour alimenter une chaudière industrielle fonctionnant soit en énergie électrique et/ou soit en énergies fossiles.
Le problème de production et stockage de l'énergie électrique demeure un problème récurent, et l'évolution technologique et l'accroissement démographique compliquent de plus en plus l'équation entre les besoins et les ressources. Par rapport aux ressources énergétiques existantes, certaines sont polluantes et épuisables notamment l'énergie fossile. Leur prix d'achat sont souvent imposés par la loi du marché et sont constamment en augmentation engendrant par conséquence des dépenses en constante augmentation.
Devant de tels problèmes, certains pays non ou peu producteurs de pétrole se retrouvent avec une balance commerciale déficitaire s'aggravant au fil des années, si des solutions de compensation ne sont pas trouvées. L'utilisation de l'énergie fossile engendre également de graves problèmes sur le plan environnemental, de la santé, et surtout concernant les émissions de gaz à effet de serre dû principalement aux émissions de C02. L'énergie renouvelable est une alternative indéniable et doit être l'option privilégiée pour apporter une réponse rapidement à l'équation énergétique actuelle. L'énergie susmentionnée apporte une solution partielle à ce problème et ladite énergie suscite un intérêt de plus en plus grand car elle est inépuisable et gratuite.
Les panneaux photovoltaïques convertissent la lumière du soleil en électricité et demeurent une de ces solutions. On sait également qu'ils sont tributaires de l'état du soleil, rendant de ce fait cette solution aléatoire. Les éléments naturels interviennent aussi sur la rentabilité de l'installation, en outre les effets climatiques doivent être pris en compte.
Les variations de l'ensoleillement tendent à positionner cette énergie en source d'énergie complémentaire et intermittente car la production d'électricité ne correspond pas toujours à la demande, c'est le maillon faible de cette source d'énergie.
Les petites installations sont bien orientées pour pallier les besoins quotidiens d'énergie, et le surplus est revendu au réseau de distribution public. Les équipements sont dimensionnés par rapport aux besoins et la puissance est souvent équivalente d'une habitation à l'autre.
Pour les grandes installations supérieures à 100 kWh, cette énergie est principalement injectée dans le réseau public de distribution d'électricité qui est ensuite absorbée par la demande en énergie via le réseau. Dans des périodes de faible consommation, les centrales sont obligées de ralentir la production électrique ou ce voir même être déconnectées du réseau, engendrant donc une perte sèche pour les propriétaires des installations, prolongeant d'autant les retours d'investissement si aucun système de stockage n'est prévu. Devant un tel constat, des solutions de stockage du surplus de production seraient absolument nécessaires et vitales afin de compenser les besoins en période de forte demande, également de pérenniser la filière. Ce problème est plus prépondérant pour des régions qui ne sont pas interconnectées. La puissance instantanée dépend du nombre de panneaux installés et l'investissement devient rapidement élevé ayant un incident immédiat sur le prix de l'énergie. Un investissement élevé, c'est-à-dire une production électrique dépendante de l'ensoleillement, du climat, un système de stockage sur batteries onéreux, rendant l'électricité d'origine photovoltaïque une énergie forte coûteuse avec un retour d'investissement à long terme.
Différentes solutions de production d'énergie existent où les rendements sont plus élevés, utilisant notamment la technologie de la cogénération et voire même la tri génération. Ces solutions utilisent cependant toujours des énergies polluantes et génèrent des gaz à effet de serre fort nuisible pour l'environnement et la couche d'ozone.
Les solutions de stockage existantes sont les batteries électrochimiques Ni-Cd, au plomb et lithium. Les batteries, au plomb, sont l'une des technologies les plus maîtrisées et utilisées, qui sont sous deux types d'électrolytes, liquides ou gélifiés. Cependant, l'électrolyte gélifié n'accepte pas les surtensions.
Le stockage sur ces batteries classiques couplé à l'installation est la solution la plus utilisée pour des installations dans des habitations isolées où le réseau électrique n'est pas est accessible, où le coût de raccordement est accessit ou techniquement irréalisable. Cette solution est plus adaptée pour des petites installations, où la capacité de stockage se limite la plupart du temps aux besoins de l'utilisateur, de plus avec un stockage réduit à une tension basse de l'ordre de 24 volts à 48 volts, nécessitante une recharge régulière.
Son autonomie est souvent de quelques heures limitant encore l'efficacité de cette solution. Etant donné que la plus part des appareils électrique fonctionnement avec une tension plus élevé et en courant alternatif, une pluralité de batteries et des équipements de conversion en tension DC/AC sont nécessaires pour arriver à ce résultat.
D'autres systèmes de stockage sur batteries plus puissantes existent également, la demande de brevet français N° FR 2 732 170 décrit un autre procédé de stockage d'énergie photovoltaïque haute tension à stockage personnalisé. Ce dispositif et procédé de stockage reposent aussi sur une solution de batterie. Cependant, ce système permet un plus fort stockage d'énergie de l'ordre de plusieurs kilowatts. Comme pour la précédente solution, à part la possibilité de stocker des tensions plus élevés, les inconvénients demeurent plus ou moins identiques. Ces solutions de stockage sur batteries de puissance restent de loin la solution économiquement privilégiée malgré un coût d'acquisition restant toujours élevé.
Devant l'accroissement des installations et l'engouement que suscite l'énergie renouvelable, le problème de stockage demeure toujours. Les grandes entreprises concernées directement par la production d'énergie solaire ont orienté leurs recherches et développements vers le développement de nouveaux modules plus rentables mais ont négligé la recherche sur des solutions de stockage. La demande énergétique sur le plan mondial tend à progresser considérablement et les pays émergents deviennent en plus de nouveaux gros consommateurs et les technologies conventionnelles existantes ne correspondent plus aux critères environnementaux exigibles par rapport aux pollutions sur la planète. L'augmentation de la pollution, I épuisement des ressources, favorisent une orientation vers les énergies renouvelables qui sont le photovoltaïque, l'éolien et l'hydraulique, marémotrice, houle motrice, le volant à inertie.
La demande de brevet français N° FR 2 941 574 démontre une nouvelle solution de stockage en utilisant la force hydraulique. Le système utilise l'énergie électrique fournie progressivement en fonction de l'ensoleillement, alimentant une pompe qui pompera l'eau qui se trouve dans un récipient placé en aval pour remplir ensuite un autre récipient placé à une certaine hauteur en amont. Avec la quantité d'eau stockée l'utilisateur pourra selon ces besoins utiliser la force hydraulique pour faire actionner une turbine couplée à une génératrice pour produite de l'électricité.
Le document N° FR 2 927 959 afférent à une demande de brevet décrit une installation de génération d'énergie électrique à partir de l'énergie caractérisé par deux systèmes fournissant une source de chaleur, donc la première est une source thermique générée par des capteurs solaires fournissant un fluide caloporteur réchauffé par la soleil couplé à une deuxième source de chaleur où ledit fluide caloporteur est aussi réchauffé dans un moyen de stockage contenant des matériaux à changement d'état. Ce fluide caloporteur servira à porter un autre fluide dit fluide de service en l'occurrence le butane, selon la revendication 17 de ladite demande de brevet à une température de service permettant d'actionner une turbine à laquelle une génératrice est couplée pour produire de l'électricité. Le risque d'utilisation de butane comme fluide de service n'exempte pas le système contre des risques d'explosions.
On connaît également le stockage par air comprimé. Cette technologie est basée sur la compression d'air, soit dans une enceinte spécialement étudié, soit dans un stockage souterrain. La surproduction électrique est utilisée pour compresser de l'air via un compresseur, afin de l'injecter dans une cavité en sous-sol par exemple et de le réutiliser ensuite, lorsque la demande d'électricité est plus forte, en actionnant des turbines et ensuite une génératrice afin de produire de l'énergie et répondre à la demande.
Dans un autre domaine technique et en référence au brevet français N° FR 2 922 608 qui décrit un mode de stockage d'une grosse quantité d'énergie sous forme de chaleur dans deux enceintes pressurisées contenant des matériaux réfractaires poreux, dont une enceinte est à haute température et l'autre à basse température, utilisant comme fluide caloporteur un gaz échauffé en l'occurrence l'argon. Le réchauffement dudit gaz est réalisé par le passage du fluide à travers des matériaux réfractaires creux préalablement chauffés par des résistances. Le fluide circule dans des canalisations d'une enceinte à l'autre par l'intermédiaire d'un compresseur et en circuit fermé. Durant la phase de décharge, la chaleur entre l'enceinte haute température et l'enceinte basse température est transformée en énergie mécanique par un ensemble turbine compresseur actionnant une génératrice. Un tel dispositif demande un déploiement technologique important et de surface de stockage énorme engendrant également un fort coût d'investissement et est destiné uniquement pour la restitution de chaleur en vue de produire de l'électricité.
Concernant la production d'énergie par le biais de la Co/tri génération les sources d'énergie utilisées sont le gaz, le fioul, la biomasse. Pour la cogénération par le biais de l'énergie renouvelable la demande de brevet français N° FR 2 727 790 utilise des modules solaires hybrides photovoltaïque et thermique fonctionnant en cogénération de chaleur et d'énergie électrique en réchauffant un gaz et par échange de chaleur peut produire de l'énergie avec un rendement thermique maximum. Cependant ces dispositifs susmentionnés ne répondent pas aux problématiques de stockage d'électricité et d'énergie renouvelable en général avec une restitution desdites énergies, ultérieurement, et/ou immédiatement en tri génération.
On connaît également dans l'état de la technique :
• la demande de brevet PCT N° WO 2006/072185 (New World Génération Inc.) qui concerne le domaine de la génération d'énergie utilisant des réservoirs de chaleur pour des usines d'énergies ; et
• la demande de brevet PCT N° WO 2006/007733 (New World Génération Inc.) qui se rapporte à une usine destinée à produire de l'énergie électrique.
Le dispositif de stockage et procédé de restitution selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients qui consiste à stocker sous la forme de chaleur à très haute température de l'énergie électrique photovoltaïque, de l'énergie thermique solaire et des énergies renouvelables en général, via le réseau public, caractérisé par l'utilisation de pierre à forte inertie thermique plus particulièrement la stéatite, ou toute autre pierre à inertie thermique, comme moyen de stockage puis pour la restituer ensuite par transfert thermique, en générant de la vapeur d'eau, apte à actionner mécaniquement une turbine à détente couplé in fine à une génératrice pour fabriquer de l'électricité, et/ou également de la chaleur pour produire du froid par adsorption et/ou absorption, de l'eau chaude pour le chauffage et/ou le sanitaire et/ou également de pouvoir préchauffer l'eau pour alimenter une chaudière industrielle fonctionnant soit en électricité et/ou l'énergies fossiles.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de stockage des énergies renouvelables sous la forme de chaleur et la restitution sous la forme de vapeur, permettant de générer par transfert thermique et par des échangeurs de chaleurs, la tri génération, caractérisé par la combinaison de deux sources énergies, l'électricité des panneaux photovoltaïques et Γ eau chaude des capteurs thermiques solaires. Le dispositif de stockage et procédé de restitution comprenant : - des moyens de production des énergies renouvelables.
- un moyen de stockage sous la forme de chaleur, des énergies d'origine photovoltaïques.
- un moyen de stockage de l'énergie solaire thermique.
- un dispositif de stockage de l'énergie photovoltaïque avant transformation en vapeur.
- un procédé de restitution en tri génération, de l'énergie stockée, sous la forme de l'électricité, de la chaleur, d'eau chaude, et les dispositifs de mise en œuvre du procédé.
- un dispositif de stockage de divers fluides caloporteurs par accumulation de chaleur sensible, notamment le fluide caloporteur issu d'énergie thermique solaire.
- des moyens d'alimentation en eau froide.
- un dispositif de détente de la vapeur haute pression.
- des moyens de transport, circulation et de commandes automatisées du fluide de service.
des différents fluides caloporteurs, des moyens de transports et d'automatismes.
L'invention est caractérisée par :
- une pluralité de blocs de pierre à forte inertie thermique pour le stockage d'énergie, et
- un générateur de vapeur stockeur de chaleur à double fonctions isolé thermiquement, et
- une rampe de refroidissement/alimentation à double fonctions, et
- une cuve commune de stockage de fluides caloporteur à double fonctions, et
- un réservoir de détente de vapeur échangeur de chaleur à triple fonctions.
Les possibilités d'utilisation des différentes sources d 'énergie pour le stockage et la restitution desdites sources d'énergies sont indiquées à titre d'exemples non limitatifs.
La présente invention consiste à stocker d 'énormes quantités d'énergie électrique, d'origine photovoltaïque ou d'autres origines, sous la forme de chaleur haute température, par le biais de résistances chauffantes, dans un volume massique de pierre naturelle d'origine minérale à forte inertie thermique la stéatite et l'énergie thermique solaire sous la forme de chaleur sensible, eau chaude, dans le même matériau dont les caractéristiques seront détaillées ci-après, et la restitution en utilisant comme fluide caloporteur de l'eau chaude sans de changement de phase et en changement de phase sous la forme de vapeur et/ou tout autre fluide et notamment de l'air.
La vapeur, issue de ce transfert thermique, est générée par contact de l'eau avec la chaleur stockée dans la pierre à forte inertie thermique, logées dans un générateur double emploi, plus exactement dans un générateur de vapeur stockeur de chaleur, et apte à actionner mécaniquement une turbine basse pression à détente et ensuite un générateur pour produire de l'électricité.
Selon un mode de réalisation, un dispositif pour stocker de l'énergie électrique d'origine photovoltaïque d'une part, et l'eau chaude d'origine thermique solaire d'autre part, sous la forme de chaleur dans un matériau d'origine minéral à forte inertie thermique et le procédé de restitution comprenant une ou plusieurs caractéristiques détaillées ci-après une à une ou suivant des combinaisons techniquement possibles :
A) Une pluralité de panneaux solaire mixte, photovoltaïque et thermique à haut rendement qui permette, d'une part d'alimenter en électricité les résistances logées dans le bloc de briquettes de pierres à forte inertie thermique, introduit in situ dans un générateur de vapeur stockeur de chaleur, et d'autre part d'alimenter en fluide caloporteur une cuve commune de stockage de fluides caloporteurs, placée en aval où converge également d'autres fluides caloporteurs et dans laquelle des blocs de pierre à forte inertie thermique sont également logés stockant de ce fait la chaleur sensible dudit fluide caloporteur.
En variante, l'utilisation des panneaux photovoltaïques et des panneaux thermiques solaires traditionnels peut aussi être envisagée.
B) L'énergie électrique sortant des panneaux photovoltaïques sera envoyé vers un ensemble de résistances chauffantes boudinées en alliage fer-chrome-alu d'une puissance variable de 0° à 1450°, d'une capacité de chauffage en continue de 1300° Celsius, et ayant un point de fusion à 1500° Celsius. Les résistances transformeront l'énergie électrique en énergie thermique sous la forme de chaleur. En variante, d'autres modèles de résistances chauffantes peuvent être utilisés
Pour le stockage de l'énergie thermique sous la forme de chaleur, il est utilisé une pluralité de briquettes de pierres à forte inertie thermique, de préférence dans de la stéatite ou quelconque autres matières ayant des propriétés de stockage de la chaleur, où les caractéristiques se rapproche de la stéatite. Ces briquettes de pierres à forte inertie thermique sont traversées de plusieurs orifices cylindriques, disposées les unes contre les autres et longitudinalement afin de loger lesdites résistances chauffantes dans les orifices prévues à cet effet.
Cette volonté de limiter la puissance de chauffe, d'une résistance à 1450°, est en fonction des limites des matériaux de chauffe économiquement disponible sur le marché.
Le stockage de l'énergie est aussi en rapport avec la taille du ou des générateur(s) de vapeur stockeur de chaleur et la quantité de chaleur à stocker qui peut varier, de 4 MJ à 40 MJ pour les petites installations, de 400 MJ à plus de 40000 MJ pour des installations de stockage plus importantes. L'énergie électrique à stocker est en KWh et le stockage sous la forme de chaleur sera convertie en kilojoules ou mégajoules et au vu de la capacité calorifique volumique de la stéatite, qui est de 3000KJ/m3.C°, le pouvoir de stockage en chaleur est considérable et non limitatif, et
- la composition de la stéatite est :
Talc de 40 à 50 %
Magnésite 40-50 %
Chlorite 5-10%, et
- et de caractéristiques suivantes :
Masse spécifique 2980 kg/m3
Résistance à la pression 25Nm/m2
Résistance à la flexion
- parallèle 16,8 Nm/m2
- Perpendiculaire 15,7 Nm /m2
Dureté
- après traitement de la surface 4 Mohs
Dilatation à 500° Celsius 0,0017%/°C
Point de fusion 1630 à 1640 "Celsius
Capacité calorifique
- Volumique 3000 KJ/ m3.°C
Conductivité thermique 6,4 W/mK Les briquettes de pierres à forte inertie thermique seront de forme et de dimensionnement variable et assemblées puis enveloppées dans un fourreau en métal l'une contre autre disposés dans un générateur de vapeur stockeur de chaleur. Les résistances alimentées par l'énergie électrique, provenant des panneaux photovoltaïques, réchauffent par rayonnement et/ou par convection et/ou par conduction et/ou par induction électromagnétique les matériaux à forte inertie thermique stockant la chaleur pour ensuite transformer l'eau pulvérisée à l'intérieur du générateur en vapeur à stockeur de chaleur en vapeur de service ou en un fluide caloporteur.
L'assemblage des briquettes dans ledit fourreau forme un bloc composé de plusieurs briquettes de pierres à forte inertie thermique. L'énergie stockée, sous la forme de chaleur, représente la température T2 comprise entre 20° à 1200 ° Celsius, et qui sera en rapport également avec la taille de l'installation et de la puissance.
C) Tandis que le stockage du fluide caloporteur, issu de l'énergie solaire thermique, sera effectué sous la forme de chaleur sensible dans un volume massique de pierres à forme inertie thermique, la stéatite. Ledit fluide caloporteur sera stocké et conservé dans une cuve commune de stockage, à une température comprise entre 65° à 150°, en attente d'utilisation quand le procédé de restitution sera déclenché.
D) Une rampe commune de refroidissement des buses à pulvérisation d'eau contrôlée et alimentation en eau préchauffée le générateur de vapeur stockeur de chaleur comprenant:
b- un dispositif de refroidissement des buses à pulvérisation d'eau contrôlée caractérisé par une arrivée d'eau froide, issu du réseau public, permettant de refroidir, via la rampe commune, les lesdites buses à pulvérisation d'eau contrôlée. Ce dispositif permet de maintenir à une certaine température les éléments de pulvérisation d'eau avant la phase de restitution d'énergie par le déstockage de chaleur. Le fluide sera ensuite récupéré dans la cuve commune à stockage de fluides caloporteurs, et
a- un dispositif de pulvérisation d'eau préchauffée, de température T1 comprise entre 65° à 150° Celsius, caractérisé par des buses de pulvérisation d'eau contrôlée à jet variable, équipées de clapets anti-retours, permettant d'alimenter par pulvérisation, et progressivement, via une pompe haute pression et un système de commande automatisée, un générateur de vapeur à stockeur de chaleur, et par transfert thermique, transformera ladite eau préchauffée en vapeur quasi instantanément . La durée de la pulvérisation d'eau préchauffée doit correspondre aux besoins en vapeur et/ou en chaleur et selon la quantité d'énergie à restituer. Le fonctionnement de ce dispositif est basé sur la conception d'une rampe commune refroidissement/d'alimentation, représentant deux circuits en un et avec deux types de fonctionnement distinct, dont le premier pour le refroidissement, et le second pour alimenter en eau préchauffée le générateur de vapeur stockeur de chaleur :
a- le premier circuit est un circuit de refroidissement à l'eau froide, provenant du réseau de distribution public, équipé de buses à pulvérisation d'eau contrôlée et de clapets anti-retour, couplé à une pompe à basse pression, permettant de refroidir les buses à pulvérisation d'eau contrôlée lors de la phase de stockage d'énergie. Ce fluide de refroidissement devenu fluide caloporteur pour la circonstance, par contact avec les buses chauffées lors de la phase de stockage de chaleur, sera ensuite stocké dans une cuve commune à stockage de fluides caloporteurs, et
b- le second circuit permet l'alimentation en eau préchauffée, dit fluide de service, à haute pression le générateur de vapeur stockeur de chaleur. Cette eau préchauffée, issu de la cuve commune à stockage de fluides caloporteurs, sera la résultante du mélange des divers fluides caloporteurs, à une température T1 comprise entre 65° et 150° Celsius.
L'utilisation de ce système d'alimentation permet d'avoir une économie d'énergie énorme car il est plus facile et économique de transformer une masse d'un litre d'eau divisée en plusieurs millilitres (gouttelettes) d'eau préchauffée en vapeur, que de transformer une masse homogène d'un litre eau préchauffée en vapeur. Le gain se fera alors en durée, en énergie, et ainsi le rendement du système sera augmenté.
Pour cela, il est équipé d'une pompe haute pression et d'un électrovanne à commande électromagnétique et de clapet anti retour, donnant une circulation précise du fluide. Ces dispositifs, installés en amont du circuit primaire d'alimentation du générateur de vapeur stockeur de chaleur, permettent de pulvériser l'eau préchauffée à une pression supérieure à la pression au sein du générateur de vapeur stockeur de chaleur. Cette eau provenant de la cuve commune de stockage de fluide caloporteur alimente le générateur de vapeur stockeur de chaleur afin de produire de la vapeur. Une autre pompe basse pression et une électrovanne à commande électromagnétique, installés cette fois sur le circuit d'arrivée d'eau froide en amont de la rampe des buses à pulvérisation d'eau contrôlée, amène l'eau froide jusqu'à l'intérieur de ladite rampe puis ressort par l'autre extrémité de ladite rampe en refroidissant au passage lesdites buses à pulvérisation d'eau contrôlée en réinjectant de ce fait, ledit fluide de refroidissement devenu pour la circonstance un autre fluide caloporteur, dans la cuve commune de stockage de fluide caloporteur. Ce cycle, de refroidissement puis d'alimentation, est doublement avantageux car il permet d'une part, le refroidissement de la rampe dans laquelle des buses sont installées in situ, et d'autre part, de participer à la constitution du stock de fluides caloporteur par récupération de calories. E) Le dispositif de stockage des énergies renouvelables sous la forme de chaleur et le procédé de restitution est basé sur un modelé de générateur de vapeur stockeur de chaleur à double fonctions, isolé thermiquement, dont la première fonction , expliquée plus haut, est de stocker in situ l'énergie sous la forme de chaleur et la deuxième de restituer in situ, la chaleur stockée sous la forme de vapeur d'eau par transfert thermique.
La conversion de la chaleur en vapeur et /ou en chaleur sensible est effectuée dans un générateur de vapeur stockeur de chaleur. Ce dispositif est composé d'une enceinte cylindrique en acier carbone ou un alliage haute résistance formant la paroi externe et hautement isolé thermiquement.
L'alimentation en eau préchauffée, à température T1 , sera effectuée par un système de buses à pulvérisation d'eau contrôlée sous haute pression, via la rampe commune de refroidissement/alimentation, dont la fonctionnalité a été décrite plus haut.
Ladite enceinte génératrice de vapeur stockeur de chaleur, comporte des ouvertures à travers lesquelles une pluralité de fourreaux est positionnée horizontalement et de manière espacée. Lesdits fourreaux sont usinés en forme de tube, de formes géométriques différentes, seront de la même matière que le matériau utilisé pour fabriquer ledit générateur de vapeur stockeur de chaleur puis soudé à sa paroi intérieure et extérieure. L'une des extrémités desdits fourreaux, sont soudés sur la paroi interne dudit générateur de vapeur stockeur de chaleur, et l'autre extrémité traversant la paroi opposée, est soudée solidairement à l'ensemble, permettant de recevoir les blocs de briquettes de pierre à forte inertie thermique par coulissement. L'introduction desdits blocs de briquettes à forte inertie thermique se fera par coulissement et de l'extérieur dudit générateur de vapeur stockeur de chaleur facilitant également la maintenance. En variante, le générateur de vapeur stockeur de chaleur prend une toute autre forme : l'introduction desdits blocs de briquettes à forte inertie thermique peut se faire d'une autre façon.
Un espacement est prévu entre les fourreaux et peut représenter le double en taille desdits fourreaux. Cette espace entre les fourreaux permet la circulation libre, de haut en bas et à travers de l'ensemble des fourreaux, de la chaleur sensible et la vapeur et ne constitue pas de ce fait une séparation dans le générateur de vapeur stockeur de chaleur. En variante, le générateur de vapeur stockeur chaleur peut comporter des compartiments.
Le générateur de vapeur stockeur de chaleur est un des éléments essentiels du dispositif de stockage d'énergie et du procédé de restitution car son rôle est doublement avantageux, premièrement pour le stockage de l'énergie 12 et deuxièmement pour la production de vapeur, dite vapeur de service et/ou de chaleur.
La quantité de chaleur nécessaire pour permettre de vaporiser quasi immédiatement, le fluide de service qui est à la température T1 , résultante du mélange de divers fluides caloporteurs dans la cuve commune à stockage de fluides caloporteurs et le déstockage de chaleur 12 dans le générateur de vapeur stockeur de chaleur, correspondent à la différence d'enthalpie de vaporisation. C'est-à-dire la différence entre la température T1 et la température 12 ou (T1 est la température du fluide de service) et (T2 est la quantité de chaleur, en température, à déstocker nécessaire pour finaliser la vaporisation à partir de 100° Celsius à l'intérieur du générateur de vapeur stockeur de chaleur).
La variation d'enthalpie de vaporisation, du changement de l'état liquide à l'état gazeux, du fluide du service peut représenter 10% à 35% de chaleur latente de vaporisation à ponctionner directement dans le stock de chaleur contenu dans le générateur de vapeur stockeur de chaleur.
L'énergie nécessaire pour transformer un litre d'eau en vapeur est représenté par la formule E= m.Cp.A9 où ΔΘ = quantité de température de vaporisation de l'eau à 100° (T2) - température de l'eau ambiante ou préchauffé dans la cuve commune à stockage de fluides caloporteurs (T1 ), m représentant la masse de l'eau, et Cp sa capacité thermique massique, ainsi on obtient E = m.Cp.(T2 - T1 ).
C'est ainsi l'enthalpie de vaporisation nécessaire pour faire passer l'eau de l'état liquide à l'état gazeux sera proportionnelle à la température du fluide de service déterminant de ce fait le rendement du système, avec une première remarque que le système génère un rendement important.
La transformation en vapeur dudit fluide de service nécessite moins d'énergie en T2 que la transformation d'une eau à température ambiante.
Le rendement global du dispositif de stockage de l'énergie et le procédé de restitution est également en fonction du choix des turbines à détente fonctionnant à basse pression 4 bars. Il est constaté que la production peut largement compenser le côté intermittent de l'énergie photovoltaïque et renouvelable en général, du fait que le production de la vapeur sera beaucoup plus importante dans le sens où le stockage est effectué par deux sources de chaleurs. Leurs combinaisons permettent un taux de stockage plus élevé et une meilleure gestion du déstockage. Avantageusement, la conception et la présence de la cuve de stockage de fluides caloporteurs permettent une augmentation importante du rendement du système dans sa globalité rajouter à cela la solution de pulvériser, ladite eau préchauffée dit fluide service, dans le générateur de vapeur stockeur de chaleur.
F) Le système intègre également une cuve commune de stockage de fluides caloporteurs contenant un mélange de fluides caloporteurs, de température T1 comprise entre 65° à 150° Celsius notamment les fluides provenant des panneaux thermiques solaires, de la rampe de refroidissement, du condenseur, mais également du réservoir de détente de vapeur échangeur de chaleur et aussi des échangeurs de chaleurs dédiés.
En variante, la cuve commune de stockage de fluides caloporteurs peut stocker des fluides caloporteurs de provenances diverses pour ensuite être utilisés dans le dispositif de stockage et de restitution susmentionné.
Ce dispositif de stockage de chaleur sensible caractérisé par le fait que des blocs composés de briquettes de pierre à forte inertie thermique sont incorporés dans ladite cuve et que lesdits blocs de pierre à forte inertie thermique sont enveloppés dans des fourreaux étanches de la même matière que la cuve et soudés solidairement aux parois internes de ladite cuve à stockage de fluides caloporteurs.
De manière avantageuse, ce dispositif de stockage de chaleur sensible, par des blocs composés de briquettes à forte inertie thermique dans ladite cuve, est particulièrement favorable pour maintenir le mélange, des différents fluides caloporteurs, à une température T1 comprise entre 65° et 150°.
Le mélange des différents fluides caloporteurs génère un fluide de service unique permettant d'alimenter en eau préchauffée un ou plusieurs générateurs de vapeur stockeur de chaleur. On remarquera que les blocs de briquettes de pierre à forte inertie thermique ne sont pas équipés de résistances chauffantes.
Le réchauffement desdits blocs de briquettes de pierres à forte inertie thermique, sera effectué par transfert thermique et par contact avec les différents fluides caloporteurs et constitue aussi une solution de stockage d'énergie thermique solaire.
La cuve commune de stockage de fluides caloporteurs, calorifugée, récupère par le collecteur situé en hauteur, les fluides caloporteurs de l'ensemble du dispositif de stockage d'énergie et du procédé de restitution de ladite énergie stockée. Lors de l'initialisation du dispositif de stockage d'énergie selon l'invention le premier fluide caloporteur provient de l'ensemble de l'installation des panneaux thermiques solaires mixtes. Plus particulièrement de la partie solaire thermique puis également du dispositif de refroidissement de la rampe commune de refroidissement et d'alimentation du ou des générateurs de vapeur stockeurs de chaleur, aussi des diverses récupérations au sein de l'installation par exemple les condensais.
Les divers condensais générés lors du processus de restitution de l'énergie stockée, proviennent du réservoir de détente échangeur de chaleur et aussi des deux autres échangeurs de chaleur dédiés au réchauffement de l'eau chaude et de l'échangeur servant au réchauffement du fluide caloporteur pour la production du froid par absorption et/ou adsorption. La cuve de stockage de fluides caloporteurs est une enceinte en acier inoxydable calorifugé contenant un ensemble de bloc de pierre à forte inertie thermique installé à l'intérieur de fourreaux de protection. Lesdits fourreaux sont disposés dans ladite enceinte, soudés aux parois internes et espacés de manière à laisser les fluides caloporteurs circuler et se mélanger librement.
De toute évidence, les différents fluides caloporteurs n'auront pas tous la même température de part leurs différentes provenances. Le rôle principal dudit réservoir à stockage des fluides caloporteurs est prépondérant au sein du dispositif de stockage et de restitution d'énergie.
Plus exactement, les différents fluides caloporteurs seront amalgamés in situ dans ladite cuve afin d'obtenir un fluide unique de service, caloporteur, à la température comprise entre 65° à 150° représenté en T1 . Un accumulateur disposé en amont entre ladite cuve, permet de stocker l'eau chaude des panneaux thermiques solaires avant d'être réinjecté dans la cuve commune de stockage de fluide caloporteur.
G) L'alimentation en eau du dispositif de stockage d'énergie et la restitution est assurée par un premier dispositif alimentant directement des panneaux thermiques solaires et un deuxième dispositif alimentant, via une pompe basse pression la rampe commune double fonctions refroidissement/alimentation. H) Le fonctionnement du procédé de restitution de l'énergie stockée est basé sur deux circuits de vapeur distincts dont, le premier CP1 relie le générateur de vapeur stockeur de chaleur aux turbines in fine et le second CS2, fait passer la vapeur de service par un réservoir de détente échangeur de chaleur placé en aval du générateur de vapeur stockeur de chaleur et en amont des turbines. Ledit réservoir de détente échangeur de chaleur permet de collecter, par le biais d'un régulateur automatique de pression, la vapeur de service provenant du générateur de vapeur stockeur de chaleur quand la pression de la vapeur et la température sont respectivement supérieures à 13 bars et 150° Celsius. I) Un réservoir de détente de vapeur échangeur de chaleur, situé en aval sur le circuit secondaire CS2 fonctionnant à la fois comme un circuit refroidissement et de détente contenant deux sous-circuits en forme de serpentin.
Le premier sert à réchauffer de l'eau chaude pour le chauffage et/ou l'eau chaude sanitaire et le deuxième circuit est relié à un échangeur de chaleur placé en cascade par rapport au réservoir détente échangeur de chaleur servant à réchauffer un fluide caloporteur pour la production du froid, comme par exemple la climatisation par adsorption.
Ledit réservoir de détente échangeur de chaleur permet de collecter, par le biais d'un régulateur automatique de pression et les autres organes de commandes automatiques, la vapeur provenant du ou des générateurs de vapeur stockeur de chaleur quand la pression de ladite vapeur et la température sont respectivement supérieures à 13 bars et 150° Celsius. Le rôle avantageux de ce dispositif est triple : premièrement de détendre la pression, de ladite vapeur, quand les valeurs d'utilisations sont supérieures aux valeurs requises, c'est-à-dire 4 bars par turbine et 150°environs. En variante, la pression et la température peuvent être adaptées à d'autres types de turbines. On comprend bien que la vapeur passe obligatoirement par le réservoir de détente échangeur de chaleur, via le circuit secondaire CS2, pour ensuite alimenter les turbines à détente. Il est précisé que le basculement de la circulation de ladite vapeur du circuit primaire CP1 vers le circuit secondaire CS2 s'effectuera progressivement et inversement par les dispositifs de commande automatique.
Le deuxième avantage est obtenu par l'utilisation et la présence de vapeur pour réchauffer un fluide, de préférence l'eau, qui circule en circuit fermé ou ouvert, selon qu'on veut réchauffer ledit fluide pour le chauffage ou l'eau chaude sanitaire ou de préchauffer de l'eau pour alimenter, en amont, une chaudière en eau préchauffée. Ce circuit, dont une partie est en serpentin, est intégré in situ dans le réservoir de détente échangeur de chaleur. En variante, l'échangeur peut avoir une autre fonction et/ou réchauffer un autre fluide. Le troisième avantage consiste à réchauffer également un fluide de préférence l'eau, qui circule en circuit fermé dont une partie dudit circuit est en serpentin et situé à l'intérieur du réservoir de détente échangeur de chaleur, et l'autre partie dans un second échangeur de chaleur, intégré en aval du dispositif, permettant de réchauffer ensuite un second fluide réfrigérant permettant d'alimenter, en source de chaleur, un dispositif de production de froid par absorption ou adsorption.
Comme décrit plus haut, la configuration même du dispositif de stockage d'énergie et de restitution permette de faire évoluer l'installation vers une solution de tri génération selon l'invention d'une part, et d'autre part, sur le processus mis en œuvre pour restituer l'énergie stockée.
Le fait de combiner deux sources solaires, le photovoltaïque et le thermique solaire, permet une bonne maîtrise du déstockage de l'énergie et compléter de ce fait, par la solution technique d'alimenter en eau préchauffée et par pulvérisation le générateur de vapeur stockeur de chaleur.
La vaporisation quasi immédiate, de ladite l'eau préchauffée, dans ledit générateur de vapeur stockeur de chaleur, permet la tri génération. C'est-à-dire : une source énergétique : le soleil générant trois sources énergétiques : l'électricité, l'eau chaude pour le chauffage et/ou l'eau chaude sanitaire et de la chaleur pour la climatisation par absorption ou du froid par adsorption et /ou de préchauffer de l'eau pour alimenter une chaudière. En outre et selon les besoins en source de chaleur, du dispositif susmentionné, une pluralité de générateurs de vapeur stockeurs de chaleur peut être couplée in fine.
J) Un ensemble de conduites calorifugées permet le transport du fluide caloporteur, à une température compris entre 65° à 150° Celsius issu des panneaux thermiques solaires, vers la cuve commune de stockage de fluides caloporteurs.
En outre, les différents fluides caloporteurs proviennent, du circuit de refroidissement servant à refroidir les buses à pulvérisation contrôlée, des turbines après la détente de la vapeur, du condenseur et des échangeurs de chaleurs et du réservoir de détente échangeur de chaleur et aussi d'autres sources extérieures au dispositif.
Les liaisons entre le générateur de vapeur stockeur de chaleur, la cuve commune de stockage de fluides caloporteurs, les turbines, le réservoir de détente échangeur de chaleur et l'échangeur de chaleur seront effectuées par des conduites calorifugées et aussi par des dispositifs de contrôles et de commandes automatisées.
Le transport de la vapeur de service se fera par des conduites, primaire CP1 et secondaire CS2 calorifugées, équipées de dispositifs permettant la circulation ou non de ladite vapeur de service lors de la phase de restitution du système.
Les condensais générés par le réservoir de détente échangeur de chaleur, des turbines et autres échangeurs de chaleur sont ensuite stockés dans la cuve commune de stockage de fluides caloporteurs. L) Un ensemble de dispositif de commande pour automatiser le fonctionnement des fluides caloporteurs de l'ensemble de conduites susmentionnées et également le fluide de service comprendra :
a- électrovannes motorisés, régulateurs de pression, capteurs de pression et de température, de clapets anti retour, de purges et autres dispositifs de commandes. b- Une armoire de commande permettant via des automates les différents organes de commande, alimentation en eau du générateur de vapeur à stockage de chaleur et la production d'électricité via les turbines. Lorsque la phase de production de vapeur est déclencher le générateur de vapeur à stockage de chaleur doit se vider de l'air contenu dans ledit générateur de vapeur à stockage de chaleur, une purge et un dispositif automatique est prévu pour cette opération. Ainsi, la vapeur de service actionne une turbine à détente en entraînant par son axe de rotation un ensemble de générateur électrique couplé in fine produisant de l'électricité ou de la chaleur sous quelque forme que ce soit.
Selon une variante non illustrée dans le dispositif et procédé de l'invention, le générateur de vapeur stockeur de chaleur peut être à la fois un dispositif de stockage de la chaleur avec génération de vapeur, comme décrit plus haut et/ou un dispositif de stockage de chaleur échangeur de chaleur in situ.
Dans ce cas, le dispositif est équipé alors de blocs composés de briquettes de pierres à forte inertie thermique ou de quelque matière que ce soit répondant aux caractéristiques des matières à forte inertie thermique et équipés de résistances chauffantes, et traverser par des tubes qui sont disposés à l'intérieur d'une orifice centrale (voir figure 7), afin de réchauffer un fluide de préférence l'eau pour l'usage de chauffage de bâtiment et eau chaude et également pour produire de la vapeur et /ou de l'air puisé.
Avantageusement ce dispositif de stockage et de restitution d'énergie d'origine photovoltaïque, thermique solaire en particulier et renouvelable en général permet une adaptabilité pour tous les types de besoin en énergie thermique et notamment dans des zones urbaines car le dispositif de stockage et de restitution d'énergie est 100 % écologique.
Ainsi, le dispositif de stockage d'énergie sous la forme de chaleur et sa restitution selon l'invention utilise ce type et non limitatif de générateur de vapeur stockeur de chaleur qui peut à la fois produire de la vapeur pour non seulement produire de l'électricité mais aussi de la vapeur pour chauffer les bâtiment puis l'eau chaude sanitaire et /ou également de la chaleur pour la climatisation pour les système de climatisation par absorption et adsorption et/ou de l'eau préchauffée en vue d'alimenter en eau chaude de température comprise entre 20° à 170° Celsius ,en amont, une chaudière en eau préchauffée et de ce fait cette invention peut avoir une configuration en restitution d'énergie en tri génération 100 % écologique.
L'invention et ses avantages seront mieux compris suivant la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et non limitatif et faite référence aux figures suivantes dans lesquelles :
La figure 1 est une représentation de l'installation selon l'invention.
La figure 2 est une variante à la figure 1 , de l'installation selon autre mode de réalisation de l'invention avec un deuxième générateur de vapeur à stockage de chaleur connecté au dispositif initial.
La figure 3 est une variante à la figure 1 et 2 de l'installation selon autre mode de réalisation la plus avantageuse de l'invention combinant deux échangeurs de chaleur pour la restitution d'énergie en tri génération.
La figure 4 est une représentation en coupe et une vue face d'une briquette de pierre à forte inertie thermique la stéatite avec des orifices pour le logement des résistances selon l'invention.
La figure 5 est une représentation en coupe et une vue face d'une briquette de pierre à forte inertie thermique la stéatite avec des orifices pour le logement des résistances et d'un tube en acier pour le passage d'un fluide caloporteur selon l'invention.
La figure 6 est une représentation en coupe et une vue de face du générateur de vapeur stockeur de chaleur avec le positionnement des fourreaux contenant les briquettes de pierre à forte inertie thermique la stéatite et également le positionnement desdites briquettes formant un bloc.
La figure 7 est une variante représente en coupe et une vue de face du générateur de vapeur stockeur de chaleur avec le positionnement des fourreaux contenant les briquettes de pierre à forte inertie thermique la stéatite avec les résistances aux extrémités et le tube en son centre.
La figure 8 est une représentation en coupe et une vue de face de la cuve commune à stockage de fluides caloporteurs avec le positionnement des compartiments contenant les blocs de pierre à forte inertie thermique et également le positionnement desdits blocs et aussi l'arrivée et sortie des fluides caloporteurs.
Sur la figure 1 , un dispositif de stockage de l'électricité d'origine photovoltaïque et de l'énergie thermique d'origine solaire caractérisé par les éléments suivants:
Une installation de source solaire représentée par des panneaux mixte 1 composé de panneaux photovoltaïque 2 pour l'électricité et de panneaux solaire thermique 3 pour la production d'eau chaude et une source d'eau froide 4 pour alimenter le circuit d'eau refroidissement 17 qui par une conduite 19 est reliée à la cuve commune de stockage de fluide caloporteur 5 et un moyen de production de vapeur 6. L'ensemble des panneaux photovoltaïque est relié au dispositif de stockage de chaleur par des câbles électrique 1 a.
Les étapes d'initialisations du système commencent premièrement par un apport en eau par l'arrivée d'eau froide 4a pour alimenter les panneaux solaire thermique 3, deuxièmement par l'arrivée d'eau froide 4, alimentant la rampe de refroidissement 14, et troisièmement par l'activation des panneaux photovoltaïque 2 afin d'alimenter en énergie les résistances 8 logées dans les blocs de pierre à forte inertie thermique 7, situés au sein du générateur de vapeur stockeur de chaleur, pour commencer l'opération de stockage d'énergie.
Pendant la phase de stockage d'énergie, les panneaux photovoltaïque 2, fournis de l'énergie aux blocs à inertie thermique 7 alimentant de ce fait les résistances 8 insérées dans les blocs de pierre à forte inertie thermique 7. Lors de cette phase de stockage les différents blocs de pierre à forte inertie thermique 7 et résistances 8 sont alimentés par gradient de température, afin d'équilibrer la charge et éviter tout risques de dilatation trop importante des fourreaux 1 1 , contenant les blocs de briquettes pierre à forte inertie thermique 7 logés horizontalement, à travers dans le générateur de vapeur stockeur de chaleur 6. L'armoire de commande 12 permet de contrôler les différents étapes de stockage d'énergie.
La période de stockage correspond à la quantité d'énergie produite par l'ensemble des panneaux mixte 2 que compose l'installation, quand le réseau public ne peut plus absorber du fait d'une trop grande production et également lorsqu'on souhaite différer la production d'énergie.
La quantité de chaleur stockée dans les blocs de briquettes pierre à forte inertie thermique 7 est comprise avec un minimum de 20° à plus de 1200° Celsius.
Cette limite volontaire de 1200° de chaleur stockée est en fonction des limites des matériaux de chauffe économiquement disponible sur le marché. Le stockage est fonction aussi du dimensionnement du générateur de vapeur stockeur de chaleur qui peut varier, de 4 MJ à plus 40 MJ pour les petites installations, de 400 MJ voire plus de 40000 MJ pour des installations plus importantes.
Avantageusement, ce dispositif de stockage et de restitution d'énergie d'origine photovoltaïque, thermique solaire en particulier et renouvelable en général permet une adaptabilité pour tout les types de besoin.
Pendant cette période de stockage, la chaleur s'est accumulée dans l'ensemble de l'enceinte générateur de vapeur stockeur de chaleur 6, une rampe 14 situé au dessus et sur les côtés du générateur de vapeur stockeur de chaleur 6 permet de refroidir ladite rampe 14 équipée de buses à pulvérisation contrôlée 15 introduites à moitié dans les orifices effectuées dans la paroi du générateur de vapeur stockeur de chaleur 6 puis fixées solidairement par un dispositif de fixation adapté. Les buses à pulvérisation d'eau contrôlée 15 sont équipées de clapets anti-retour à bille 16. La rampe 14 de refroidissement permet dans un premier temps de refroidir les buses à pulvérisation d'eau contrôlée 15, le refroidissement se fait par le biais le circuit 17, d'où l'eau froide 18 arrive par le réseau public puis évacuée par la conduite 19 vers la cuve commune à stockage de fluide caloporteur 5. La circulation du fluide de refroidissent s'effectue par une pompe 20 situé en amont du circuit de transport du liquide de refroidissement. Lors de la phase de refroidissement des buses à pulvérisation d'eau contrôlée 15, ledit fluide de refroidissement devient un fluide caloporteur 18, par contact avec les buses à pulvérisation contrôlée 15, de la rampe de refroidissement 14. Ce réchauffement est le fait de la loi de Fourrier car les éléments tels que le générateur de vapeur stockeur de chaleur 6, les fourreaux 1 1 , les blocs de briquettes de pierre à forte inertie thermique et les buses à pulvérisation d'eau contrôlée forment un ensemble où la chaleur est communicative, du fait que le dispositif transforme l'électricité issu des panneaux photovoltaïque 2 en chaleur stockée.
La température sera fonction du temps de stockage et de la quantité d'énergie à stocker. Le fluide caloporteur 18 est évacué vers le cuve commune à stockage de fluides caloporteurs 5, afin d'être réutilisé ultérieurement pour alimenter le générateur de vapeur à stockage de chaleur 6, lors de la phase de production de vapeur.
On comprend bien que la cuve commune à stockage de fluides caloporteurs 5 est un dispositif dans lequel les différents fluides devenus fluides caloporteurs convergent, se mélangent, afin d'obtenir un fluide de service 23, dont la température sera comprise entre 65° et 95°.
Le fluide caloporteur 3b stocké dans l'accumulateur 3a issu des panneaux solaires thermiques à haut rendement 3 du système de panneaux solaires mixtes 1 est stocké également dans la cuve commune à stockage de fluides caloporteurs 5 . Ce fluide caloporteur 3a de température comprise entre 65° à 75 ° Celsius sera mélangé dans la cuve commune de stockage de fluides caloporteurs 5 avec le fluide 18a provenant du circuit de refroidissement de la rampe 14 devenu pour la circonstance un fluide caloporteur afin d'obtenir un fluide de service caloporteur 23, prêt pour être pulvériser dans générateur de vapeur stockeur de chaleur 6. Le mélange du fluide caloporteur 3a, 18a dans la cuve commune à stockage de fluides caloporteurs 5 permet d'obtenir un autre fluide de service 23 de température comprise entre 65° et 95°. L'utilisation de ce fluide, dit fluide de service 23 permet d'obtenir une évaporation quasi immédiate, lors du chargement de phase du liquide de l'état liquide à l'état gazeux, dans le générateur de vapeur stockeur de chaleur 6, dudit fluide de service 23, également d'éviter un trop grand écart de température, lors dudit changement de phase. La combinaison de plusieurs sources de fluides caloporteurs 3a, 18a, dans un premier temps, permet d'optimiser le rendement global de l'installation lors de la restitution d'énergie, du fait que lors de la pulvérisation du fluide de service 23 dans le générateur de vapeur stockeur de chaleur 6.
Le besoin en chaleur supplémentaire pour le changement de phase de l'état liquide à l'état gazeux, dudit fluide de service 23 représente 10 à 35 % ponctionné dans ce cas, directement dans le générateur de vapeur stockeur de chaleur 6. Il est à noter que cette solution d'utiliser des panneaux solaire mixte 1 combinant le photovoltaïque et thermique solaire, permet avantageusement de rationnaliser l'espace utile pour une installation des panneaux solaire d'une part, et d'autre part, d'augmenter le rendement en combinant les deux sources d'énergie, permettant ainsi d'augmenter considérablement le rendement.
L'étape suivant décrit le fonctionnement du dispositif, dans sa phase de production de vapeur de service en restituant l'énergie.
Cette phase de production et de restitution d'énergie, est déclenchée lorsque le réseau public n'arrive plus à fournir de l'énergie à l'ensemble des consommateurs et au moment opportun.
Comme décrit plus haut, lors de la phase de stockage d'énergie, l'électricité des panneaux photovoltaïques 2 est envoyée directement dans les blocs de briquettes à forte inertie thermique 7 la stéatite par l'intermédiaire des résistances chauffantes 8, donc la durée de stockage est fonction du dimensionnement de l'installation.
Le fluide de refroidissement 18, qui circulant dans la rampe 14 est stoppé par l'électrovanne 22, la pompe basse de pression 20 est désactivée, via le tableau de commande 12. L'électrovanne 25 est activée libérant le fluide de service 23 de la cuve commune de stockage de fluides caloporteurs 5, la pompe haute pression 25 achemine ledit fluide de service 23 par le circuit de transport 26 vers la rampe 14.
La rampe de refroidissement 14 est utilisée à la fois, comme rampe de refroidissement, aussi rampe pour alimenter le générateur de vapeur stockeur de chaleur 6 en fluide de service 23.
Les clapets anti-retour 16a, 16 c installés sur les circuits 17, 26 contrôlent le sens de circulation des fluides de refroidissement 18 d'une part, et d'autre part, le fluide de service 23 lors du basculement de la phase de stockage/refroidissement par rapport à la phase déstockage/production d'énergie.
On comprend bien que le fluide de service 23 est propulsé dans la rampe14 par la pompe haute pression 25 et que la pression doit être obligatoirement supérieure à la pression au sein du générateur de vapeur à stockage de chaleur 6. Ce fluide de service 23 passe à travers des buses à pulvérisation d'eau contrôlée 15, équipées de clapets anti-retour de vapeur, jusqu'à l'intérieur du générateur de vapeur stockeur de chaleur 6 provocant de ce fait une évaporation quasi instantanée, du fluide de service 23.
Cette évaporation quasi instantanée est obtenue par la chaleur présente dans le générateur de vapeur stockeur de chaleur 6. Plus précisément par la solution de pulvérisation de l'eau en fines gouttelettes, ce qui demande moins de chaleur à déstocker, pour le changement de phase et représenté par la formule E = Δθ Τ1 -ΔΘ T2.
Ce changement d'état, génère de ce fait une vapeur de service 24 sous une pression qui sera variable par rapport à la quantité de chaleur stockée au sein du générateur de vapeur stockeur de chaleur 6, et à la quantité d'eau pulvérisée et de sa durée.
A ce stade de production de vapeur, la pression augmente exponentiellement, jusqu'à une valeur prédéterminée dans le générateur de vapeur à stockage de chaleur 6.
Les clapets de retenus 16, installés sur chaque buses de pulvérisation 15, fixées solidairement et de façon étanche sur le générateur de vapeur stockeur de chaleur 6 évitent le retour de ladite vapeur dans le circuit de refroidissement / alimentation de la rampe 14.
Il est à noter que la pression du fluide de service 23, doit être au moins à un bar supérieur à la pression inverse exercée par la pression dans le générateur de vapeur stockeur de chaleur 6 afin que le système de pulvérisation fonctionne correctement. A ce stade de production de vapeur et d'énergie, le circuit primaire CP1 est sollicité, le dispositif de commande automatique de débit de vapeur de 28a est activée en position ouvert libérant la vapeur 24 dans le circuit calorifuge 28. Pendant la pulvérisation du fluide caloporteur de service 23 dans le générateur de vapeur stockeur de chaleur 6, la vapeur engendrée permet d'évacuer l'air par la purge d'air 29. Ce processus d'évacuation d'air chaud sera automatisé lors du fonctionnement de l'installation. La pression de la vapeur 24, générée dans le générateur de vapeur stockeur de chaleur 6 peut être supérieure à 4 bars, ou plus selon le nombre de turbine en fonctionnement, le dispositif de commande automatique de débit de vapeur de 28a ajustera ladite pression d'utilisation, qui est de 4 bars pour chaque turbine à détente 32. On comprend bien que la pression de la vapeur 24 doit être de 4 bars puis transportée par la conduite 28 vers le groupe de turbine à détente 32 couplé in fine aux génératrices 33, produisant de ce fait, de l'électricité qui sera ensuite réinjecté dans le réseau ou utiliser dans des bâtiments isolés du réseau. Les clapets anti-retour 30, 30a installés sur la conduite 28,29a contrôlent le sens de circulation de la vapeur 24, lorsque le circuit secondaire CS2 rentrera en service. Le rôle très important de ce dispositif de retenu est recommandé pour ce type d'installation, de restitution d'énergie suite à un processus stockage, car la pression au sein du générateur de vapeur à stockage de chaleur 6, peut souvent être supérieure à la pression de service, qui ne doit être supérieure à 12 bars pour faire fonctionner convenablement un groupe de turbine détente.
Le condenseur échangeur de chaleur 40, installé en sortie d'échappement de la (des) turbine(s) à détente, récupère la vapeur détendu, dont la pression est nulle et la température permet encore de réchauffer le fluide caloporteur 23 se trouvant dans la cuve commune à stockage de fluides caloporteurs 5.
Ce dispositif est relié à la cuve commune à stockage de fluides caloporteurs 5 par la conduite 41 et 41 a. La pompe de refoulement 42 permet de pomper le fluide contenu dans la cuve commune à stockage de fluides caloporteurs 5 afin de condenser, la vapeur détendue, par les turbines à détente, fonctionnant en circuit fermé. Il est précisé que ledit fluide de refroidissement doit être inférieur en température que la température de la vapeur détendue. Ce fluide de refroidissement générera un nouveau fluide caloporteur 41 c .Le condensât 40b, issu de cette échange, sera réinjecté également vers la cuve commune à stockage de fluides caloporteurs 5 par la conduite 40a et la pompe 42a. La description ci-dessus démontre comment le générateur de vapeur stockeur de chaleur, stocke l'énergie, la restitue puis produit de la vapeur et également l'utilisation du circuit de transport de ladite vapeur par le circuit primaire CP1 vers la (les) turbine(s) à détente et la production électrique. II est à préciser que ce premier mode de fonctionnement du dispositif est en fonction de la pression relevée par des sondes de température et des capteurs de pression, non illustrées, installées sur le générateur de vapeur stockeur de chaleur 6.
C'est-à-dire 4 bars pour la pression par turbine. Dés que ladite pression augmente dans le générateur de vapeur stockeur de chaleur 6 le circuit primaire cp1 est déconnecté de l'ensemble des turbines à détente, dans ce cas le circuit secondaire CS2 est mis en œuvre, afin d'assurer la production de l'électricité.
Ainsi, le dispositif de commande automatique de débit de vapeur de 28a située sur le circuit 28, 27, est mise en position fermé stoppant progressivement la circulation de la vapeur 24 dans ledit circuit 28,27. Le dispositif de commande automatique de débit de vapeur 28b passe de position fermée et à position ouverte faisant circuler progressivement la vapeur 24 cette fois-ci dans le circuit secondaire CS2. II est important de constater que le groupe de turbines risque de connaître un léger ralentissement, pendant cette phase de basculement et il est nécessaire de bien gérer la pression de la vapeur dans le générateur de vapeur stockeur de chaleur, pour toujours alimenter le groupe de turbines en vapeur. Le pilotage des divers organes de commandes tels que : la pompe haute pression 25, pour le débit d'eau, les dispositifs de commandes 28, 28b, 47 seront pilotés par des automates se trouvant dans le tableau 12. Ce basculement de la circulation de la vapeur 24 du circuit CP1 vers CS2 doit s'effectuer progressivement afin de ne pas rompre brutalement la circulation de ladite vapeur 24 qui alimente déjà les turbines. Il est précisé que le basculement est réversible en fonction de la pression. La pression doit être de façon constante dans les conduites pour maintenir correctement le bon fonctionnement des turbines et la production électrique.
Comme expliqué plus haut, le circuit secondaire CS2 sert de circuit de sécurité lorsque la pression est supérieure à la pression de service. Notamment lors du démarrage de la production de vapeur, du fait d'une température très élevée dans le générateur de vapeur stockeur de chaleur 6 de l'ordre de +20° à 1000°, qui correspond à la durée de stockage d'énergie dans les blocs de briquettes de pierres à forte inertie thermique7 la stéatite, de la taille de l'installation de panneaux solaires 1 et surtout du taux d'ensoleillement. Etant donné que le dispositif décrit ci-dessus est un dispositif proprement dit de stockage d'énergies renouvelables couplé in fine à un procédé de production d'énergie via une source de vapeur, il est évident que la chaleur et la pression se trouvant, à l'intérieur du générateur de vapeur stockeur de chaleur 6, soit très importante au moment de la production de vapeur lors de la pulvérisation du fluide de service caloporteur 23 .
De toute évidence, la pression va augmenter considérablement, car le besoin en vapeur pour faire tourner le groupe de turbines sera forcément inférieur par rapport à l'augmentation de la pression à l'intérieur du générateur de vapeur stockeur de chaleur 6.
Dans ce cas, ladite vapeur est dirigée vers le réservoir de détente échangeur de chaleur 43. Ce basculement est piloté par le tableau de commande général 12. Le dispositif de commande automatique de débit de vapeur de 28a est actionné pour orienter la vapeur 24 vers le réservoir de détente échangeur de chaleur 43 par la conduite calorifugée 44. Ce dispositif permet de détendre la pression de la vapeur venant du générateur de vapeur stockeur de chaleur 6, quand ladite pression est supérieure à la pression de service. Il est rappelé que le groupe des turbines à détente fonctionnent avec une pression globale de 12 bars, si 3 turbines à détente à 4 bars y sont couplées.
On comprend que cette vapeur 24 sera détendue dans ce dispositif 43 à la pression nécessaire au bon fonctionnement des turbines à détente 32 et les génératrices 33. Pour ce faire, le réservoir de détente vapeur échangeur de 43 sera de dimensionnement approprié et équipé de deux sous circuits échangeur de chaleur, non illustré, sur la figure 1 . La figure 3 décrira plus loin le fonctionnement intrinsèque à ce procédé de restitution d'énergie dans sa configuration globale la plus avantageuse. La pression de la vapeur 24, détendue, est injectée dans le conduite 29a en actionnant le dispositif de commande 47 libérant progressivement la vapeur 24 qui est ensuite dirigée vers le groupe de turbines en passant par la même conduite commune 27, 28 en aval du clapet de retenu 30 dont un raccord en té 29b permet la jonction.
La vapeur 24 fait tourner la turbine actionnant in fine le groupe de génératrice qui produit ensuite l'électricité.
La récupération de la vapeur détendue des échappements des turbines à détente suit le même processus décrit ci-dessus.
Ainsi, on comprend bien que le générateur de vapeur stockeur de chaleur 6 doit pouvoir produire de la vapeur à une pression supérieure à 4 bars pour faire fonctionne de façon optimale le groupe de turbine à détente et les génératrices en utilisant le circuit primaire CP1 et qu' ensuite le circuit secondaire CS2 est sollicité dans le cas où la pression est supérieure aux valeurs de consignes et, que le passage de ladite vapeur 24, par le réservoir de détente à stockage de chaleur, est une condition sine qua non.
Il est important de constater que le basculement de la circulation de la vapeur 24du circuit SC2 vers CP1 doit s'effectué progressivement afin de ne pas rompre brutalement la circulation de ladite vapeur 24 qui alimente déjà le groupe turbines. La pression doit être de façon constante dans les conduites 27, 28, 29 a pour maintenir correctement le bon fonctionnement des turbines et la production électrique.
Ledit basculement se fera uniquement dans le cas où, les valeurs optimales nécessaires énumérées ci-dessus, ne sont pas constatées et surtout lors du déstockage de ladite chaleur au cours du processus de restitution d'énergie. Le dispositif selon la présente invention fonctionne par alternance avec les deux circuits vapeur CP1 et CS2 et caractérisé par la combinaison de panneaux solaire mixte 1 composé photovoltaïque 2 et thermique solaire 3 qui permet, non seulement de rationnaliser la surface utiliser pour installer lesdits panneaux, également de pouvoir stocker les deux sources d'énergie renouvelable dont la première sous la forme de chaleur, dans un générateur de vapeur stockeur de chaleur 6 contenant des blocs de briquettes à forte inertie thermique 7 et la deuxième sous la forme d'un fluide caloporteur 3a , stocké dans une cuve commune à stockage de fluides caloporteurs calorifugé 5, contenant également des pierres à fortes inertie thermique.
La combinaison des deux sources permettent de produire de l'électricité au moment opportun et d'obtenir un rendement très élevé.
Plusieurs modes de fonctionnement sont envisageables, comme par exemple de coupler plusieurs groupes de turbines et de plusieurs groupes de génératrice, afin d'absorber directement et totalement la pression au sein du générateur de vapeur à stockage de chaleur 6, dans le cas d'une augmentation de la demande de la consommation électrique, ce qui éviterait de détendre une partie de pression vapeur dans le réservoir de détente vapeur échangeur de chaleur 43.
La figure 2 illustre un autre mode de réalisation, pour lequel les éléments équivalents au mode de réalisation décrit précédemment sont repérés par des références identiques.
La présente invention fournit également un procédé de restitution d'énergie stockée sous la forme de chaleur dans des blocs de briquettes de pierre à forte inertie thermique avec une configuration de plusieurs unités de stockage caractérisé par l'installation au sein du procédé plusieurs générateurs de vapeur stockeur de chaleur et au moins deux et de dimensionnement équivalent afin de doubler le stockage. La figure 2 illustre donc cette configuration avec deux générateurs de vapeur stockeurs de chaleur 6 et 6a qui sont reliés au même circuit d'arrivée d'eau froide et de refroidissement 18 par la conduite 60 et par un raccord en té 60a pour le refroidissement de la rampe 14a. Concernant le retour du fluide de refroidissement issu de la rampe 14a du deuxième générateurs de vapeur stockeurs de chaleur 6a, ledit retour du fluide de refroidissement qui a servi à refroidir les buses à pulvérisation d'eau contrôlée 15a devenu pour la circonstance un fluide caloporteur 19c est transporté par la conduite 19a jusqu'à la conduite 19 pour être ensuite acheminé vers la cuve commune à stockage de fluides caloporteurs 5. Le raccordement des conduites 19a et 19 sera réalisé par un raccord en té.
L'alimentation du deuxième générateur de vapeur stockeur de chaleur 6a en fluide de service sera effectuée par la conduite 26a et par une deuxième pompe à haute pression 25c. Le fonctionnement des deux générateurs de vapeur stockeurs de chaleur 6, 6a peut se faire individuellement ou en combinant les deux ou, en associant un troisième générateur de vapeur stockeur de chaleur, non illustré, sur cette figure.
Le transport de la vapeur de service 24 vers le groupe de turbine sera effectué par la conduite 27a,28, 28c pour le circuit primaire CP1 et par la conduite 44a et le dispositif de commande 28d pour le circuit secondaire CS2 jusqu'au réservoir de détente échangeur de chaleur 43 pour ensuite alimenter le groupe de turbines par la conduite 29b en passant par la conduite commune 27a raccorder par un raccord en té en aval du clapet de retenu 30.
Le fonctionnement du dispositif de stockage d'énergie sous la forme de chaleur selon l'invention avec un et, ou plusieurs unités de stockage repose toujours sur le même processus décrit plus haut. La figure 3 représente une configuration selon l'invention incluant un dispositif d'échange de chaleur orienté vers une solution de tri génération et pour lequel les éléments équivalents au mode de réalisation décrit précédemment sont repérés par des références identiques.
On comprend bien que le dispositif de stockage d'énergie photovoltaïque 2 et thermique solaire 3 sous la forme de chaleur est caractérisé par le stockage des énergies sous la forme de chaleur à haute température dans des blocs de briquettes à forte inertie thermique 7 et que sa restitution se fait par échange thermique et mécanique.
Selon cette configuration, le réservoir de détente échangeur de chaleur 43 destiné pour détente la pression provenant du générateur de vapeur stockeur de chaleur 6,6a permet également de réchauffer, par échange de chaleur, un ensemble un système de trois sous-circuits dont le premier 53, comporte une partie en serpentin 53a situé à l'intérieur du réservoir 43, l'autre partie, également en serpentin 53c se trouvant dans un échangeur de chaleur 55, fonctionnant en circuit fermé. Un fluide caloporteur 56, de préférence organique y circule, entraîné par la pompe 54. La circulation dudit fluide caloporteur 56 permet de ce fait l'échange de chaleur du réservoir 43 et l'échangeur de chaleur 55.
On comprend bien que le système d'échange de chaleur comporte trois sous- circuits, dont le fonctionnement du premier 53 vient être expliquer précédemment et le deuxième circuit 57, dont une partie est en serpentin 57a situé dans l'échangeur de chaleur 55, relier à un dispositif de climatisation à adsorption de chaleur 59, que ces deux circuits 53 et 57 fonctionnent solidairement. Ledit circuit 57 contient un fluide réfrigérant 58.
Après avoir expliqué ci-dessus le fonctionnement complet du premier et deuxième sous circuit 53 et 57, le troisième circuit 70 dont une partie est aussi en serpentin 71 situé également à l'intérieur du réservoir de détente échangeur de vapeur 43 permet de réchauffer un fluide caloporteur l'eau 71 a.
La circulation dudit fluide 71 a passe d'abord par la conduite 72, se réchauffe dans le réservoir de détente échangeur de vapeur 43 par l'intermédiaire du serpentin 71 , puis ressort par la sortie 73 et devient de ce fait un fluide caloporteur destinée principalement pour le chauffage de bâtiment et fonctionnant en circuit fermé. La pompe 74 permet la circulation du fluide caloporteur 71 a.
Une conduite d'arrivée de vapeur supplémentaire 55a, non illustré, relie directement l'échangeur de chaleur 55 et le générateur de vapeur stockeur de chaleur 6, permet d'alimenter ledit échangeur de chaleur dans le cas le besoin en chaleur est importante. Le dispositif de commande 55b, composé d'un régulateur de pression, d'une électrovanne installée en amont sur le circuit 55a permet de commander automatiquement, via le tableau de commande 12, la circulation ou non d'un nouveau fluide caloporteur 55d. La conduite 55e permet de récupérer le condensât dans l'échangeur de chaleur 55 pour ensuite l'évacuer, à l'aide de la pompe 55f vers le condenseur 40.
La figure 4 représente la briquette à forte inertie thermique de quelques formes et dimensions que ce soit comportant des orifices 7a de diamètre variable dans lesquelles des résistances 7b sont logées. Le positionnement et le perçage des orifices 7a permet une meilleure répartition de la chaleur lors de la phase de stockage d'énergie.
La briquette de pierres à forte inertie thermique est percé de par en par de façon à faciliter le logement des résistances 7b lors de l'introduction desdites briquettes dans le fourreau 1 1 . 11 est précisé que le fourreau 1 1 peut comporter un nombre de briquette en rapport avec la taille du générateur de vapeur à stockage de chaleur et également de la longueur dudit fourreau 1 1 .
Un espace 1 1 a de quelques millimètres est observé entre la paroi interne du fourreau 1 1 et la surface externe de la briquette afin de prévoir l'effet de dilatation. Selon une des caractéristiques de la stéatite, une dilatation de 0.017% est observée à plus 500° Celsius.
La figure 5 représente une variante de la figure 4 selon l'invention incluant un dispositif d'échange de chaleur représenté par une orifice centrale par laquelle un tube est logé et pour lequel les éléments équivalents au mode de réalisation décrit précédemment sont repérés par des références identiques que le bloc de briquettes à forte inertie thermique de quelques formes et dimensions que ce soit, comportant des orifices 7a de diamètre variable dans lesquelles des résistances 7b sont logées et également d'une orifice de diamètre plus important 7c afin de laisser passer un tube 7d.
Le positionnement et le perçage des orifices 7a permet une meilleure répartition de la chaleur lors de la phase de stockage d'énergie. La briquette à forte inertie thermique est percée de part en part de façon à faciliter le logement des résistances 7b et la passage d'un tube 7d lors de l'introduction desdites briquettes dans le fourreau 1 1 a.
Il est précisé que de fourreau 1 1 a peut comporter un nombre de briquettes en rapport avec la taille du générateur de vapeur à stockage de chaleur et également de la longueur dudit fourreau 1 1 a. Un espace 1 1 b de quelques millimètres est observé entre la paroi interne du fourreau 1 1 a et la surface externe de la briquette afin de prévoir l'effet de dilatation. Selon une des caractéristiques de la stéatite, une dilatation de 0.0017% est observée à plus 500° Celsius.
Comme le montre la figure 6 qui illustre le mode de réalisation préféré conforme à l'invention en coupe et une vue de face du générateur de vapeur stockeur de chaleur 6 comportant une ouverture 9 conçu de telle sorte que des fourreaux 1 1 y sont logés, disposés horizontalement et à travers, dont une extrémité 9a dudit fourreau est soudée à la paroi interne du générateur de vapeur stockeur de chaleur 6 et l'autre extrémité 9b traverse la paroi opposée dudit générateur de vapeur stockeur de chaleur 6, également soudé sur la paroi interne et externe. Un espace est prévu entre chaque positionnement des fourreaux 1 1 à l'intérieur du générateur de vapeur à stockage de chaleur 6. Les briquettes de pierre à forte inertie thermique sont positionnées de telle sorte que les orifices s'alignent longitudinalement afin de loger un certain nombre de résistances chauffantes 8.
Les buses à pulvérisation d'eau contrôlée 15 sont fixées dans la paroi du générateur de vapeur stockeur de chaleur 6 par des systèmes de fixation adaptés dont 1/3 desdites buses sera à l'intérieur, les 2/3 restant seront de l'extérieur du générateur de vapeur stockeur de chaleur 6, en intègrent la rampe de refroidissement/alimentation. Le positionnement desdites buses permet une pulvérisation in situ et homogène à l'intérieur du générateur de vapeur stockeur de chaleur 6. L'obturateur 9d permet d'isoler thermiquement le compartiment 9 contenant les blocs de pierre à forte inertie thermique. En variante, le générateur de vapeur stockeur de chaleur prend une autre forme et le positionnement dudit fourreau et desdites buses une autre position.
Selon une configuration de l'invention, non illustrée, dans le dispositif de stockage d'énergie sous la sous la forme de chaleur et le procédé de restitution, la figure 7 représente une vue en coupe et de face du générateur de vapeur stockeur de chaleur en version enceinte à stockage de chaleur en version contenant un tube 90 au sein de bloc de briquettes à forte inertie thermique 91 contenant des résistances 92 pour réchauffer l'eau 90a qui circule dans le tube 90.
Le positionnement des fourreaux 93 dans l'enceinte 94 se fait horizontalement, soit sur toute la longueur ou la largeur de ladite enceinte 94. Les fourreaux 93 traversent transversalement les parois de ladite enceinte 94 afin qu'une pluralité de tube 90 puisse entrer et sortir facilement du compartiment 93 contenant le bloc de briquettes de pierres à forte inertie thermique 91 .
Des résistances chauffantes 92 appropriées sont introduites dans le bloc de pierre à forte inerte thermique 91 afin de stocker l'énergie électrique convertie en chaleur provenant des panneaux photovoltaïques ou des énergies renouvelable en général, non illustré sur la figure.
Ce stockage d'électricité est transformé en chaleur par le biais des résistances 92 réchauffant de ce fait le bloc de briquettes de pierre à forte inertie thermique 91 et par transfert thermique réchauffe l'eau 90a qui circule dans le tube 90. En variante, cette configuration, selon la figure 7, peut prendre une toute autre forme et peut également être équipée d'une rampe commune de refroidissement/alimentation (voir la figure 6) afin d'obtenir un dispositif de stockage d'énergie électrique combinant les deux configurations et un procédé de restitution plus efficace avec un rendement plus élevé. Ainsi, l'électricité est stockée sous la forme de chaleur dans la pierre à forte inertie 2 thermique 91 puis restituée ultérieurement sous la forme d'échange thermique quand l'eau 90a circule dans le tube 90. Des obturateurs 97 et 97a permettent d'isoler thermiquement les compartiments 93. En variante, un autre fluide que l'eau peut circuler dans le tube 90.
La figure 8 est une représentation en coupe et en vue de face de la cuve commune à stockage de fluides caloporteurs 5 avec l'enveloppe servant de fourreau 80 contenant le bloc de pierres à forte inertie thermique 81 . L'incorporation dudit fourreau 80 in situ dans la cuve à stockage de fluides caloporteurs 5 permet de stocker de la chaleur sensible, apportée par les fluides caloporteurs 41 a, 3a, 18a, 19a, 40b, 41 c en passant le collecteur 83, situé en hauteur de ladite cuve.
Le positionnement du fourreau 80 contenant le bloc de pierres à forte inertie thermique 81 se fera de telle sorte que les fluides caloporteurs resteront toujours en contact, plus exactement vers le bas de la cuve commune à stockage de fluides caloporteurs.
Le positionnement du fourreau 80 ne doit pas faire obstacle à la sortie d'évacuation 83a connecté à la conduite 26 transportant le fluide de service caloporteur 23.
Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à stocker de l'énergie d'origine solaire que ce soit le photovoltaïque et aussi le solaire thermique et/ou des énergies renouvelables en général et également de l'électricité du réseau dans un matériau solide et plus particulièrement un minéral à fort inertie thermique la stéatite sous la forme de chaleur et de la restituer ultérieurement par transfert thermique à l'aide d'un fluide de l'eau afin de produire de la vapeur en actionnant une turbine puis une génératrice pour produire de I 'électricité et également de produire de la chaleur, via un échangeur de chaleur, pour le chauffage de bâtiment, pour la production d'eau chaude sanitaire et de fournir de la chaleur afin de produire du froid par un dispositif par adsorption et /ou absorption et aussi de produire de l'eau préchauffée afin d'alimenter une chaudière industrielle fonctionnant soit en énergie électrique, soit en énergie fossile ou toutes autres énergies.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de stockage des énergies renouvelables sous la forme de chaleur et de restitution en tri génération, caractérisé en ce qu'il comporte :
A) un moyen de production d'énergie photovoltaïque et d'énergie thermique solaire (1 ,2,3) ;
B) des moyens de stockage de l'énergie électrique d'origine photovoltaïque dans des blocs composés de briquettes de pierre à forte inertie thermique (7) ;
C) un moyen de stockage de fluide caloporteur (3b) dans une cuve commune de stockage de fluides caloporteurs double fonctions contenant également des blocs de pierre à forte inertie thermique (5) ;
D) un moyen de transfert sous la forme de chaleur issue de l'électricité photovoltaïque (2) dans des blocs de briquettes de pierre à forte inertie thermique (7) par des résistances chauffantes (8) ;
E) des moyens de production de vapeur par un générateur de vapeur stockeur de chaleur double fonctions (6) ;
F) une rampe commune, double fonctions, de refroidissement/alimentation (14) du générateur de vapeur stockeur de chaleur (6), comportant un circuit de refroidissement (20,22,16a, 17) et un autre circuit d'alimentation (26,25,25a, 15, 16,22a) ;
G) un dispositif de pulvérisation d'eau préchauffée (23) comportant des buses de pulvérisation d'eau contrôlée à jet variable (15) composé de clapets anti retour (16,16a,), d'une pompe haute pression (25), une électrovanne (22a) ;
H) une cuve commune à stockage de fluides caloporteurs, double fonctions (5) équipée de blocs de pierre à forte inertie thermique (5a) enveloppés dans un fourreau en métal (5b) ;
I) un réservoir de détente échangeur de chaleur(43), triple fonctions, équipé de deux sous-circuits échangeurs de chaleur (71 ,53) ;
J) un ensemble de conduites calorifugées (19, 3c, 26, 27, 44, 28, 27, 29a, 40a, 41 , 41 a) ;
K) un moyen pour convertir le fluide de service, la vapeur, (24) en énergie mécanique composé d'une turbine à détente de vapeur basse pression (32) apte à actionner une génératrice (33) afin de produire de l'électricité ; L) un dispositif d'échangeur de chaleur composé d'un réservoir de détente échangeur de chaleur(43) contenant trois sous-circuits (53, 57, 70) dont le premier (53) sert à réchauffer un fluide caloporteur (56), fonctionnant en circuit fermé, reliant le réservoir de détente échangeur de chaleur (43) et un second échangeur de chaleur dédié (55) équipé à son tour d'un second circuit (57) en forme de serpentin apte à réchauffer un fluide réfrigérant (58) capable de produire du froid par adsorption et le troisième circuit (70) servant à réchauffer de l'eau pour le chauffage de bâtiment et l'eau chaude sanitaire, de l'eau préchauffée pour alimenter une chaudière en eau préchauffée, ledit dispositif étant en outre caractérisé en ce que les moyens de stockage et de restitution d'énergie comportent une rampe commune de refroidissement/alimentation en eau, double fonctions (14), équipée de buses de pulvérisation d'eau contrôlée à jet variable (15), de clapets anti-retour (16, 16a, 16c), d'électrovannes (22,22a,25a), pompe basse pression (20) et de pompe haute pression (25) représentant deux circuits en un, dont : a- le premier est un circuit de refroidissement à eau froide (18) .provenant du réseau de distribution public, équipé de buses de pulvérisation d'eau contrôlée et de clapets anti-retour couplés à une pompe à basse pression, pour la circulation du fluide, relié à la cuve commune de stockage de fluides caloporteurs(5) par la conduite (19), pour le stockage, et que ledit fluide de refroidissement permet de refroidir les buses de pulvérisation d'eau contrôlée (15),devenu pour la circonstance un fluide caloporteur (18a) lors de la phase de stockage d'énergie, et
b- le deuxième circuit permet d'alimenter le générateur de vapeur stockeur de chaleur (6) en eau préchauffée (23) à une température T1 , issu du mélange des fluides caloporteurs (3a,41 a, 18a19a) dans la cuve de stockage commune des fluides caloporteurs (5), et par la pompe à haute pression (25) dont la pression de pulvérisation est supérieure par rapport à la pression à l'intérieur du générateur de vapeur stockeur de chaleur.
2. Dispositif de stockage des énergies renouvelables selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de vapeur stockeur de chaleur à double fonctions (6) dans lequel des blocs composés de briquettes de pierres à forte inertie thermique (7) sont disposés horizontalement et de manière espacée capable de stocker, soit par rayonnement, soit par convection, soit par conduction, soit par induction électromagnétique, la chaleur provenant des résistances chauffantes (8) puis de la restituer sous la forme de vapeur de service (24) par transfert thermique et par contact avec le fluide de service (23).
3. Dispositif de stockage des énergies renouvelables selon la revendication 1 à 2, caractérisé en ce que les moyens de production des sources d'énergies renouvelables sont composés de panneaux photovoltaïques (2) et thermiques solaires (3) fournissant deux types d'énergies renouvelables stockées dans deux moyens de stockage adaptés :
a- Le premier moyen de stockage, de l'électricité photovoltaïque (2), est effectué dans des blocs composés de briquettes de pierre à forte inertie thermique, (7) dans lesquelles des résistances chauffantes (8), en alliage fer-chrome-aluminium, sont introduites afin de transférer, sous la forme de chaleur haute température, soit par rayonnement et ou soit par convection et/ou soit par conduction et/ou soit par induction électromagnétique, de ladite énergie électrique, et que ladite énergie électrique est convertie en Joule et en capacité thermique et que la température T2 est comprise entre 20° et 1200° Celsius, et que la quantité d'énergie électrique stockée est de 10 KWh à plus de 1000 MWh, et
b- Le deuxième moyen de stockage, sous la forme de chaleur sensible, du fluide caloporteur (3b) issu de l'échange thermique de l'eau dans les panneaux solaires (3), dont la température est comprise entre 65° à 75°, est stocké dans la cuve commune à stockage de fluides caloporteurs(5), calorifugée, équipée également des blocs de pierre à forte inertie thermique enveloppés aussi dans des fourreaux.
4. Dispositif de stockage des énergies renouvelables selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les énergies renouvelables photovoltaïques et thermiques solaires sont stockées dans de la pierre à forte inertie thermique qui est constituée de pierre minérale : de la stéatite composée de talc à 40 à 50 %, de magnésite à 40 à 50 %, et de chlorite à 5 à 10% avec les caractéristiques de conductivité thermique : de 6,4 W/mK avec une capacité thermique volumique de 3000KJ/m3.°C , d'un volumique massique de 2980kg/m3.
5. Dispositif de stockage des énergies renouvelables selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit matériau à forte inertie thermique est constitué d'un mélange d'argile, de chamotte de première et seconde cuisson ou de basalte, ou toutes autres matières que ce soit avec des caractéristiques de matériau à forte inertie therm
6. Dispositif de stockage des énergies renouvelables selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide caloporteur de service provient de la cuve commune de stockage de fluides caloporteurs (5) dans laquelle est stockée les différents fluides caloporteurs (3a, 41 a, 18a, 19a, 40b) afin de générer un fluide de service (23).
7. Dispositif de stockage des énergies renouvelables selon la revendication 6, caractérisé en ce que la cuve commune de stockage de fluides (5), double fonctions, est en acier inoxydable calorifugée contenant des blocs de briquettes de pierres à forte inertie thermique (81 ) de taille variable enveloppées dans des fourreaux (80) étanches de la même matière que la cuve et soudés solidairement aux parois internes de ladite cuve à stockage de fluides caloporteurs et servant premièrement à stocker la chaleur sensible, et deuxièmement à maintenir ledit fluide de service (23) à une température comprise entre 65° à 90° Celsius.
8. Dispositif de stockage des énergies renouvelables selon l'une des revendications 6 à 7, caractérisé en ce que la cuve commune de stockage de fluides caloporteurs (5) comporte une première entrée (83), située sur la partie supérieure de ladite cuve, et par laquelle les fluides caloporteurs entrent puis s'amalgament tout en rentrant en contact avec les fourreaux (80), contenant les blocs de briquettes de pierre à forte inertie thermique, procède aux échanges de chaleurs puis ressort par la partie inférieure par la conduite ( 26).
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen de restitution de ladite chaleur stockée, par le biais d'un dispositif de transformation de la chaleur en vapeur de service (24) utilisant un générateur de vapeur stockeur de chaleur (6) comporte :
a) une enceinte en acier carbone ou un alliage haute résistance, représentant la paroi externe, comportant des ouvertures à travers lesquelles une pluralité de fourreaux, de formes géométriques différentes, est positionnée horizontalement et de manière espacée au moins du double de la largeur desdits fourreaux contenant des blocs composés de briquettes de pierre à forte inertie thermique (7) enveloppés, dans au moins un à plusieurs fourreaux (1 1 ) de la même matière et dont une extrémité est soudée solidairement à la paroi interne dudit générateur de vapeur stockeur de chaleur (6),et l'autre extrémité traversant la paroi opposée puis soudée à la paroi interne et externe solidairement à l'ensemble, permettant de recevoir les blocs composés de briquettes de pierre à forte inertie thermique (7) par coulissement ; et
b) par une rampe d'alimentation (14) en eau préchauffée, le fluide caloporteur (23), équipé de buses de pulvérisation d'eau contrôlée (15) à jet variable et une pompe haute pression (25) pulvérise, à l'intérieur du générateur de vapeur stockeur de chaleur (6) le fluide caloporteur (23) et par échange thermique transforme ledit fluide caloporteur (23) en vapeur instantanée.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir de détente à échangeur de vapeur (43) est relié, par des conduites calorifugées (44, 44a), à au moins un des deux générateurs de vapeur stockeur de chaleur (6, 6a), permettant de fournir de la chaleur aux circuits (53, 57, 70) correspondant aux différents échangeurs de chaleur permettant de faire évoluer le dispositif de stockage d'énergie renouvelable sous la forme de chaleur à haute température, dans un matériau minéral à forte inertie thermique, et le procédé de restitution d'énergie vers la tri génération.
1 1 . Dispositif de stockage des énergies renouvelables selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le stockage des énergies renouvelables sous la forme de chaleur est effectué dans une enceinte calorifugée (94) contenant des blocs de pierres à forte inertie thermique (91 ) comportant des résistances chauffantes (92) jusqu'aux extrémités desdits blocs et dans lesquels une pluralité de tubes (90) est inséré pour le passage de l'eau (90a) à réchauffer.
12. Procédé de restitution mis en œuvre par le dispositif selon les revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce que, lors de la phase de restitution de l'énergie stockée, le générateur de vapeur stockeur de chaleur (6) produit de la vapeur à une pression supérieure à la pression de service, le réservoir de détente à échangeur de chaleur (43) permet de ramener ladite pression aux valeurs d'utilisation, pression nécessaire pour faire fonctionner une turbine à détente (32) et la génératrice (33) pour produire de l'électricité ou/et de l'eau chaude sanitaire, chauffage collectif et/ou de la chaleur pour la climatisation par absorption et/ ou du froid par adsorption et/ou de l'eau chaude pour alimenter une chaudière industrielle en eau préchauffée.
13. Procédé de restitution selon la revendication 12, caractérisé en ce que le transport de la vapeur de service (24), produite part le dispositif de restitution d'énergie, vers les turbines à détente de vapeur (32) est effectué par les conduites calorifugées (28, 29a, 27a).
14. Procédé de restitution selon les revendications 12 à 13, caractérisé en ce que la vapeur de service (24) passe d'abord par le circuit primaire CP1 ou dans le circuit secondaire CS2, et qu'ils sont reliés aux générateurs de vapeur stockeurs de chaleur (6) ou (6, 6a) directement aux turbines à détente et que le basculement de la vapeur du circuit primaire CP1 et le circuit secondaire CS2 est piloté automatique par un dispositif automatisé contenu dans le tableau (12).
15. Procédé de restitution selon la revendication 14, caractérisé en ce que le basculement, pour le transport de la vapeur de service (24) vers les turbines à détente, du circuit primaire CP1 vers le circuit secondaire CS2 et inversement, se fait par des commandes automatisées (28a, 28b, 28, 28c, 28d, 47).
16. Procédé de restitution selon les revendications 13 à 15 caractérisé en ce que l'énergie nécessaire pour transformer un litre d'eau en vapeur est représenté par la formule E= m. Ορ.ΔΘ où ΔΘ = température (T°2) de vaporisation de l'eau à 100° Celsius moins la température de l'eau préchauffée dans la cuve commune à stockage de fluides caloporteurs (T°1 ), m représentant la masse de l'eau et Cp, sa capacité thermique massique, ainsi on obtient E = m.Cp.(T°2 - T°1 ).
17. Procédé de restitution selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'évaporation quasi instantanée du fluide service (23) est obtenu par la chaleur présente dans le générateur de vapeur stockeur de chaleur (6) et plus précisément par la solution de pulvériser de l'eau en fine gouttelette, par des buses de pulvérisation d'eau contrôlée à jet variable, facilitant de ce fait le changement de phase de l'état liquide à l'état gazeux et représenté par la formule EVAPORISATION= ΔΘΉ2-ΔΘ T°1 ou EVAPORISATION =T°2-T°1 ou E= l'énergie nécessaire pour finaliser la vaporisation instantanée du fluide de service (23), T°2 est la quantité d'énergie à déstocker du générateur de vapeur à stockage de chaleur, et T°1 est la température du fluide de service (23) à la sortie de la cuve commune à stockage de fluide caloporteurs, qui est la résultante des différents fluides caloporteurs.
18. Procédé de restitution selon les revendications 13 à 17, caractérisé en ce que le dispositif de stockage d'énergie renouvelable sous la forme de chaleur sensible et chaleur à haute température et le procédé de restitution utilise ce type et non limitatif de générateur de vapeur stockeur de chaleur qui peut à la fois produire de la vapeur, apte à actionner une turbine couplée in fine à un générateur pour produire de l'électricité et également, par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur, par transfert thermique, produire aussi de la vapeur pour chauffer les bâtiments, de l'eau chaude sanitaire et aussi de la chaleur pour la climatisation pour les systèmes de climatisation par absorption et/ ou du froid par adsorption et/ou de l'eau chaude pour alimenter une chaudière industrielle en eau préchauffée et/ou tout autre équipement ayant besoin de l'énergie thermique.
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