EP3835555A1 - Dispositif de production d'énergie électrique comportant un accumulateur d'énergie thermique - Google Patents

Dispositif de production d'énergie électrique comportant un accumulateur d'énergie thermique Download PDF

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Publication number
EP3835555A1
EP3835555A1 EP20213159.5A EP20213159A EP3835555A1 EP 3835555 A1 EP3835555 A1 EP 3835555A1 EP 20213159 A EP20213159 A EP 20213159A EP 3835555 A1 EP3835555 A1 EP 3835555A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy
heat transfer
thermal energy
transfer fluid
accumulator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20213159.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jérôme POUVREAU
Nicolas Tauveron
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3835555A1 publication Critical patent/EP3835555A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/14—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having both steam accumulator and heater, e.g. superheating accumulator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F01K3/181—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters using nuclear heat

Definitions

  • the technical field of the invention relates to the production of electrical energy by using thermal energy originating from a source of thermal energy production.
  • US patent number US 9,761,337 B2 describes a device comprising a thermal energy transfer system for diverting a portion of thermal energy produced by a nuclear reactor system to an auxiliary thermal storage tank.
  • a nuclear reactor system shutdown event such as a scheduled shutdown or emergency shutdown
  • energy stored in the reservoir can be supplied to a reactor system energy conversion system.
  • nuclear in order to supply energy to an electricity grid.
  • the excess energy produced by the energy conversion system of the nuclear reactor system can be converted into thermal energy by a heating coil to be transferred to the reservoir.
  • the structure of this device has limited flexibility in the context of the production of electrical energy, in fact this device makes it possible to overcome a simple shutdown of the nuclear reactor.
  • the object of the invention is to improve the maneuverability of an electrical energy production device comprising a source of thermal energy production.
  • Such a device for producing electrical energy responds to a general technical problem of maneuverability and flexibility of operation because it offers several configurations for supplying thermal energy to the first energy converter to meet different demands for producing electrical energy. by this first energy converter when the thermal energy production source is in operation.
  • the first configuration can be implemented when the electrical power expected at the output of the first energy converter can be satisfied by exploiting part of the current thermal energy produced by the thermal energy production source while allowing to use another part of this current thermal energy produced by the thermal energy production source to charge the accumulator.
  • the second configuration can be implemented when the current thermal energy produced by the thermal energy production source is not sufficient, on its own, to provide the electrical power expected at the output of the first energy converter: in this case the thermal energy stored in the accumulator can be removed from storage to ensure the back-up necessary so that the first energy converter can meet the expected electrical power at its output. It therefore follows that the present device for producing electrical energy has satisfactory flexibility in order to be able to adapt the quantity of electrical energy to be supplied by the first energy converter.
  • Another advantage of the energy production device comes from the presence of the second energy converter which can exploit the available electrical energy so as to transform it into thermal energy to be stored in the accumulator, this allowing future restitution of energy. thermal energy by the accumulator to generate electrical energy via the first energy converter.
  • the device for producing electrical energy can authorize both the storage of thermal energy and the storage of electrical energy, after its conversion into thermal energy, in the same accumulator.
  • This operating method may include a step of charging the accumulator using thermal energy resulting from the current production of thermal energy from the thermal energy production source, the step of charging the accumulator being implementation during the electric power generation stage.
  • the method of operation may be such that the second energy converter consumes electrical energy resulting in the production of thermal energy by the second energy converter, the accumulator being charged using thermal energy. produced by the second energy converter.
  • the operating method may include a step of restoring thermal energy stored in the accumulator, and the step of producing electrical energy by the first energy converter also uses thermal energy derived from the energy. heat restored by the accumulator to produce said electrical energy.
  • the operating method can be such that, the second energy converter being supplied electrically by the electric transmission network, frequency tracking is ensured by adjusting the electric power absorbed by the second energy converter.
  • the device for producing electrical energy described below proposes a particular arrangement of elements in order to optimize its production of electrical energy as a function of demand, in particular using a thermal energy accumulator.
  • the device 100 for producing electrical energy comprises: a source 101 for producing thermal energy; a first energy converter 102 configured to produce electrical energy by using thermal energy in particular at least from the source 101 for producing thermal energy and more particularly from the current production of this source 101 for producing d 'thermal energy ; a thermal energy accumulator 103; a second energy converter 104 configured to convert electrical energy into thermal energy, the second energy converter 104 being arranged to participate, on demand, in storage (that is to say in putting into reserve or charge) of thermal energy in the accumulator 103.
  • the electrical energy produced by the first converter 102 corresponds in particular to the electrical energy produced by the device 100 for producing electrical energy.
  • the first converter 102 may include an alternator allowing the production of the desired electrical energy at the output of the first converter 102.
  • the accumulator 103 allows the storage of thermal energy originating from the source 101 for producing thermal energy and in particular resulting from the current production of the source 101 for producing thermal energy.
  • the storage of thermal energy in the accumulator 103 corresponds to the charge of the accumulator 103.
  • the accumulator 103 makes it possible to restore, on demand, thermal energy intended for the first energy converter 102, one then speaks in this case of discharge of the accumulator 103.
  • the first energy converter 102 or more particularly the output of this first energy converter 102 is preferably connected to an electrical transport network 106.
  • This electrical transport network 106 can be connected to an electrical distribution network.
  • the production of electricity at the output of the first energy converter 102 corresponds, preferably, to a demand for electricity by the electrical transport network 106 that must be satisfied by the production of the first energy converter 102, for example with a view to supply the electrical distribution network.
  • electrical distribution network it is preferably understood a network making it possible to serve certain consumers.
  • the term “electrical transport network 106” is preferably understood to mean a network suitable for supplying the electrical distribution network or other consumers.
  • the electrical transmission network 106 can be at high voltage, for example ranging from 50kV to 400kV.
  • the device 100 for producing electrical energy comprises a first configuration for supplying thermal energy for supplying thermal energy, this supplied thermal energy being obtained from the current production of the source 101 for producing thermal energy, at the same time. accumulator 103 and the first energy converter 102.
  • the first configuration for supplying thermal energy makes it possible to charge the accumulator 103.
  • the device 100 for producing electrical energy also comprises a second configuration for supplying thermal energy to supply, to the first energy converter 102, electricity. thermal energy resulting from the accumulator 103 and thermal energy resulting from the current production of the source 101 of thermal energy production. In the second configuration for supplying thermal energy, the accumulator 103 is discharged.
  • the thermal energy supplied to the first energy converter 102 enables it to produce electrical energy.
  • the source 101 for producing thermal energy, the first and second converters 102, 104 and the accumulator 103 can act in synergy to optimize and make the production of electricity by the device 100 for the production of electricity manoeuvrable. electric energy.
  • the source 101 for producing thermal energy is in particular such that it has a nominal operating speed for which it is dimensioned.
  • the present device 100 for producing electrical energy it is not necessary to operate the source 101 of thermal energy at an operating point below its nominal speed in order to be able to satisfy variations in demand. electricity at the output of the first energy converter 102.
  • the thermal energy production source 101 can operate at its nominal thermal energy production operating speed.
  • thermal energy from the source 101 for producing thermal energy By current production of thermal energy from the source 101 for producing thermal energy, it is understood the thermal energy supplied by the source 101 for producing thermal energy and in particular distributed within the device 100 for producing electrical energy. using a heat transfer fluid passing through the source 101 for producing thermal energy.
  • the electrical transport network 106 and the electrical supply network 105 may form only one and the same electrical network or two separate electrical networks.
  • the electrical supply network 105 may be an auxiliary electrical network, for example of energy generated by one or more intermittent sources such as for example a field of wind turbines.
  • the source 101 for producing thermal energy can be chosen from a nuclear reactor, for example cooled with sodium, a fossil fuel plant such as coal or lignite.
  • a nuclear reactor cooled with sodium is considered to be poorly maneuverable from the point of view of the nuclear part.
  • a coal-fired power station has kinetics which can be slow for technical (thermal inertia) or regulatory (number of starts / stops, pollution rule) reasons.
  • the source 101 for producing thermal energy can also be a plant having an intermittent operation due to its source, such as for example a thermodynamic solar plant whose solar source is by definition intermittent.
  • the objective of the energy production device 100 is not to maintain the thermal energy production source 101 at its nominal speed, but to smooth the thermal production or to adjust the electrical production by storing in the accumulator 103 the surplus thermal energy coming from the thermal energy production source 101 in order to restore it at the appropriate time.
  • the smoothing of the thermal production corresponds to averaging or equalizing or filtering the high frequency variations.
  • the sodium-cooled nuclear reactor has, due to the choice of sodium as coolant to cool it and therefore coolant to propagate the thermal energy produced by such a nuclear reactor within the device 100 for producing electrical energy , the interest of being able to carry out nuclear fissions in fast spectrum opening the way to transmutation and breeding.
  • a fast spectrum it is not possible to use the usual coolants in nuclear reactors, namely light water or heavy water.
  • Liquid sodium is one of the rare candidates allowing a fast spectrum and offering interesting heat exchange performance.
  • the disadvantage of sodium is that it has a strong interaction with water and air; this will involve carefully chosen adaptations as described below when the source 101 for producing thermal energy is such a sodium-cooled nuclear reactor.
  • the sodium-cooled reactor in combination with the present device 100 for producing electrical energy may be intended to form part of an electrical production park connected to the electrical transport network 106 which may be subjected to strong load variation constraints. . More precisely, for these constraints, a distinction is made between frequency monitoring, which corresponds to a rapid adjustment of the electricity production of a few percent to balance the electrical transmission network 106, from more massive load monitoring which corresponds to a more adjustment. slow but large.
  • These load variation constraints are greatly amplified by the massive penetration of intermittent renewable energies (solar, wind) on the electric transport network 106. Consequently, all means of production whose production is controllable (i.e. for which the operator can decide to produce or not, as opposed to means dependent on the weather such as solar or wind power) aim to increase their capacity.
  • the nuclear reactor forming the source 101 for producing thermal energy and the accumulator 103 with which it is associated allow great flexibility, that is to say maneuverability, of the production device 100 in order to be able to produce electricity. in a safe and variable way according to the need.
  • the second energy converter 104 makes it possible to store electricity from the electrical transport network 106 connected to this second energy converter 104 by transforming it into thermal energy so as to respond to the load variations of the network 106 of electric transport (in the field of mass storage of electricity, we then speak of the electrical transport network 106 with a view to restoring it subsequently).
  • a device 100 for producing electrical energy it is possible to use a nuclear reactor while enjoying great flexibility despite the significant inertia of the nuclear reactor in the event of variation in its production.
  • the accumulator 103 can comprise rock, for example volcanic rock, or comprise a structured material such as for example bricks.
  • the accumulator 103 is of the vertical storage type in which the temperature at the bottom of the accumulator 103 is strictly lower than the temperature at the top of the accumulator 103.
  • other types of accumulator 103 can be used and in this case the circulation of a heat transfer fluid passing through this accumulator 103 will be adapted according to whether it is desired, by using this heat transfer fluid, to take thermal energy from the accumulator 103 in order to restore it or to store thermal energy in the accumulator 103 as part of its charge.
  • the accumulator 103 can be for horizontal storage with one side, for example the left, hotter than another side, for example the right.
  • the direction of flow of the coolant in the accumulator 103 to charge the accumulator is different from the direction of flow of the coolant when the accumulator 103 restores heat to this heat transfer fluid.
  • the first energy converter 102 comprises a turbo-alternator unit based on a water-steam cycle (Rankine cycle).
  • a turbo-alternator unit may include a steam generator 102a responsible for recovering the thermal energy supplied to the first energy converter 102.
  • the turbo-alternator unit can also include a water-to-steam energy conversion circuit 102b (also called Rankine cycle) optimized for the temperature range to which it is likely to be subjected depending on the size and structure of the device 100. production of electrical energy taking into account in particular the case where the second energy converter 104 is used, which generally widens the temperature range.
  • first Rankine cycle energy converter 102 The advantage of such a first Rankine cycle energy converter 102 is to allow production of electricity with a water cycle having reached technological maturity. Moreover, such a first energy converter 102 has the advantage of having an optimum level of efficiency for an application comprising a sodium-cooled reactor as described below.
  • the first energy converter 102 may include a pump 126 allowing the circulation of a heat transfer fluid in a circuit 127, this circuit 127 belonging to the first energy converter 102 and this circuit 127 being such that the heat transfer fluid passes through , during its circulation in the circuit 127, the steam generator 102a and the water-to-steam energy conversion circuit 102b.
  • the second energy converter 104 may include a heating resistor which, when it is supplied electrically, heats up to generate thermal energy, for example intended to charge the accumulator 103 in the first energy supply configuration.
  • the second energy converter 104 can also participate in frequency monitoring of the electrical transport network 106.
  • the second energy converter 104 may have an active state for which the second energy converter 104 is supplied with electrical energy and generates thermal energy using this electrical energy, and an inactive state for which the second energy converter 104 does not work and therefore does not consume electrical energy.
  • the device 100 for producing electrical energy can be configured to vary the second energy converter 104 between its inactive state and its active state, this variation possibly being dependent on the electrical energy available on the 105 network power supply to which it is connected and / or needs in terms of energy storage in the accumulator 103.
  • the second energy converter 104 can be used to voluntarily charge the accumulator 103 or to shed the load. 105 electrical supply network.
  • the second energy converter 104 is active in the first configuration and is used to increase the temperature of the heat transfer fluid circulating in the accumulator 103 in order, ultimately, to increase the temperature. temperature of the accumulator 103 from which an increase in energy density that can be stored in the accumulator 103 results.
  • the use of the second converter 104 energy makes it possible to store thermal energy more quickly in the accumulator 103 while maintaining the temperature of the heat transfer fluid circulating in the accumulator 103 at its nominal charge value of the accumulator 103.
  • the first thermal power supply configuration may be such that it has an operating mode in which the second power converter 104 is in a state of. supply of thermal energy so as to participate in the charging of the accumulator 103.
  • the first configuration of supply of thermal energy can also be such that it has an operating mode in which the second converter 104 of energy is at a standstill.
  • the second energy converter 104 may be in the active state as for example shown in figure 4 with switch 121 closed or may be in the inactive state as for example shown in figure 3 with switch 121 open. In figure 4 , this makes it possible to carry out frequency monitoring of the electrical transport network 106 when the electrical supply network 105 for supplying the second energy converter 104 is the electrical transport network 106. This will be described in more detail below.
  • the second thermal energy supply configuration may be such that it exhibits an operating mode in which the second energy converter 104 is in a thermal energy supply state.
  • the second configuration for supplying thermal energy can also be such that it has an operating mode in which the second energy converter 104 is stopped.
  • a heat transfer fluid for example using a suitable circuit, passing through the accumulator 103 to charge it so that this fluid coolant only passes into the second energy converter 104 when the second energy converter 104 is active and the first thermal energy supply configuration is implemented.
  • the first circuit 107 is visible at figures 1 to 9 .
  • the first circuit 107 does not pass through the source 101 for producing thermal energy, preferably for reasons of safety when this source 101 for producing thermal energy is a nuclear reactor.
  • one or more additional circuits can be used making it possible to ensure thermal coupling between the source 101 for producing thermal energy and the first circuit 107.
  • the first circuit 107 can pass through the source 101 of thermal energy production as shown in figure 7 .
  • the first energy converter 102 may include a heat exchanger through which the first heat transfer fluid passes in order to thermally couple the first heat transfer fluid to the first converter 102 d 'energy.
  • this heat exchanger provides thermal coupling between the first heat transfer fluid and the water circulating in the turboalternator unit described above to generate water vapor by the steam generator 102a.
  • This steam generator 102a then comprises the heat exchanger mentioned in this paragraph.
  • this first circuit 107 comprises first, second and third parts 108, 109, 110.
  • the source 101 for producing thermal energy is thermally coupled to the first part 108, in particular to allow a supply of heat to the first coolant of the first circuit 107.
  • the accumulator 103 is thermally coupled to the second part 109, in particular so that this thermal coupling allows a supply of heat to the first coolant in the context of a removal of storage.
  • the first energy converter 102 is thermally coupled to the third part 110, in particular so as to allow a withdrawal of heat from the first coolant of the first circuit 107 making it possible to operate this first converter 102 d 'energy.
  • a fraction of the first heat transfer fluid circulates in the second part 109 bypassing the third part 110.
  • a fraction of the first heat transfer fluid circulates in the second part 109 bypassing the first part 108.
  • the circulation of the first heat transfer fluid in the first and third parts 108, 110 can always be done in the same direction while the circulation of the fluid coolant in the second part 109 can be done alternately in two opposite directions depending on whether the accumulator 103 is charging (first configuration for supplying thermal energy) or restores thermal energy to the first energy converter 102 (second thermal energy supply configuration).
  • the direction of circulation of the first heat transfer fluid in the second part 109 can be defined by a pump 122 ( figures 1 to 9 ) with reversible suction and discharge, or two pumps with reversed direction of operation and which can each be activated selectively, this or these pump (s) 122 being integrated into the second part 109.
  • a pump 122 figures 1 to 9
  • two pumps with reversed direction of operation and which can each be activated selectively, this or these pump (s) 122 being integrated into the second part 109.
  • the direction of circulation of the first heat transfer fluid in the first and the third part 108, 111 can be provided by a pump 123 ( figures 1 to 9 ) integrated for example in the first part 108.
  • first, second and third parts 108, 109, 110 of the first circuit 107 each have a first longitudinal end and a second longitudinal end opposite said first longitudinal end.
  • the first longitudinal ends of the first, second and third parts 108, 109, 110 are connected together at a first connection point 119 and the second longitudinal ends of the first, second and third parts 108, 109, 110 are connected to one another at a second connection point 120.
  • the temperature of the second heat transfer fluid at the inlet of the accumulator 103 which makes it possible to define whether thermal energy is supplied or taken from the accumulator 103.
  • the accumulator 103 is designed to accept a maximum admissible temperature of the second heat transfer fluid passing therethrough suitable for the components of the device 100 for producing energy.
  • the direction of circulation of the second heat transfer fluid is then chosen in particular for reasons of constraints and efficiency of use of the accumulator 103.
  • the second circuit 111 can advantageously include a reversible pump 113 ( figures 1 to 7 ) making it possible to choose the direction of circulation of the second heat transfer fluid, for example according to the thermal energy supply configuration to be implemented chosen from the first thermal energy supply configuration and the second thermal energy supply configuration.
  • the pump 113 of the second circuit 111 causes the second heat transfer fluid to circulate either so as to cause it to pass through the accumulator 103 on entering via the bottom of the accumulator 103 and leaving the top of the accumulator 103 to take thermal energy from the accumulator 103 ( figures 3 and 4 ), or so as to make it pass through the accumulator 103 by entering from the top of the accumulator 103 and leaving the bottom of the accumulator 103 to accumulate / store thermal energy in the accumulator 103 ( figures 5 and 6 ).
  • the second circuit 111 takes the form of a closed loop.
  • the second energy converter 104 is preferably thermally coupled to the second circuit 111 for example to heat the second. heat transfer fluid circulating in the second circuit 111 when the device 100 for producing electrical energy is in its first configuration for supplying thermal energy.
  • the second converter 104 is mounted on the second circuit 111 on a portion of this second circuit 111 connecting the first heat exchanger 112 and the accumulator 103 so that the second heat transfer fluid can pass through the second energy converter 104.
  • the second heat transfer fluid is preferably air.
  • the air is very particularly suitable for carrying out thermal storage / retrieval of an accumulator 103, for example comprising rock or a structured material such as bricks.
  • This second heat transfer fluid is preferably inert with respect to the first heat transfer fluid so as to avoid harmful chemical reactions in the event of a leak between the first heat transfer fluid and the second heat transfer fluid, in particular at the level of the heat exchanger 112 ensuring the heat exchanges between these first and second heat transfer fluids.
  • the device 100 for producing electrical energy can also include a heat exchanger 114 (also called a second heat exchanger 114 and for example visible in figures 1 to 6 , 8 and 9 ) to transfer thermal energy from the thermal energy production source 101, in particular from the current production of this thermal energy production source 101, to the first heat transfer fluid.
  • a heat exchanger 114 also called a second heat exchanger 114 and for example visible in figures 1 to 6 , 8 and 9 .
  • this makes it possible to interpose, between the water used in the first energy converter 102 and the heat transfer fluid passing through the thermal energy source 101, the first heat transfer fluid which is then preferably inert to water and to the heat transfer fluid passing through the source 101 of thermal energy.
  • the fourth circuit 116 When the fourth circuit 116 is present, it may include a pump 125 allowing the circulation of the fourth fluid in the fourth circuit 116 ( figures 2 to 6 ).
  • the source 101 for producing thermal energy is the nuclear reactor cooled by the third heat transfer fluid comprising liquid sodium, in particular the third heat transfer fluid is liquid sodium.
  • the first heat transfer fluid is devoid of sodium and is a fluid which is inert with respect to liquid sodium.
  • this has the technical advantage, in the context of the realization of the figure 1 , to allow a heat exchange within the second heat exchanger 114 between the third and first heat transfer fluids while making it possible to avoid a reaction between the first and third heat transfer fluids in particular in the event of leaks in the second heat exchanger 114 through which the first and third heat transfer fluids pass.
  • a first heat transfer fluid inert to liquid sodium has the advantage of forming a physical barrier between the liquid sodium and the water of the first energy converter 102 because the first heat transfer fluid is devoid of liquid sodium .
  • this first heat transfer fluid is also inert to the heat transfer fluid, that is to say in particular to the water, of the first energy converter 102.
  • Liquid sodium as a heat transfer fluid can reach a temperature between 500 ° C and 600 ° C.
  • a particular example of a first heat transfer fluid inert with respect to liquid sodium and very particularly suitable for the application of the present invention may contain a liquid metal.
  • the first heat transfer fluid comprises a eutectic alloy of lead and bismuth.
  • the first coolant can be the eutectic alloy of lead and bismuth.
  • Such a first heat transfer fluid comprising lead and bismuth is very particularly suitable for recovering calories from a heat transfer fluid comprising liquid sodium through a heat exchanger while remaining inert with respect to liquid sodium.
  • the first fluid can then, alternatively, be pure liquid lead.
  • the fourth circuit 116 is not present ( figure 1 ), although the safety of the device 100 for producing electrical energy with a nuclear reactor as a source 101 for producing thermal energy is reduced, this makes it possible to improve the overall efficiency of the device 100 for producing electrical energy by limiting the number of heat exchangers between the nuclear core of the nuclear reactor and the first energy converter 102, and therefore to limit thermal pinches.
  • a thermal pinch corresponds to a decrease in temperature between two heat transfer fluids which exchange heat via a corresponding heat exchanger. Thermal pinches are therefore irreversible phenomena which reduce the potential of a heat transfer fluid for conversion into mechanical or electrical energy.
  • the figures 3 to 6 illustrate the device 100 for producing electrical energy of the type of figure 2 for which arrows have been added at the level of the various circuits in order to specify the direction of flow of the heat transfer fluids within these circuits.
  • the flow principle described below can also be applied by adapting to the structures of the device 100 for producing electrical energy. figures 1 , 7 , 8 and 9 .
  • the second heat transfer fluid circulates so as to pass through the accumulator 103 from the bottom upwards to recover thermal energy stored in the accumulator 103 in order to transfer it to the first energy converter 102 via the first heat transfer fluid.
  • the first coolant can preferably be a gas which does not exhibit any interaction with sodium and water.
  • Nitrogen, helium, noble gases can be considered as gases forming the first coolant.
  • the mixture of the aforementioned gases can also be envisaged as the first heat transfer fluid.
  • the first heat transfer fluid is a gas
  • this allows it to be compatible for directly interacting with the accumulator 103 to store or restore thermal energy. Consequently, the use of a gas as the first heat transfer fluid can make it possible to simplify the device 100 for producing electrical energy in the sense that it becomes possible for the device 100 for producing electrical energy to have the characteristics described. previously but without the second circuit 111 described above and therefore the second heat exchanger 112 (visible in figures 1 to 7 ).
  • the figures 8 and 9 show such a simplified architecture for which the first circuit 107 is such that it allows the first heat transfer fluid to pass through the accumulator 103 directly.
  • the first heat transfer fluid is then a gas.
  • the second part 109 of the first circuit 107 passes through the accumulator 103 to allow its charging or the return of thermal energy to the first heat transfer fluid by the accumulator 103.
  • the device 100 for producing electrical energy can then comprise, according to this simplified architecture, a second circuit 115 for circulating a second heat transfer fluid, the second circuit 115 being configured to pass the second heat transfer fluid through the source 101 for producing thermal energy in order to take thermal energy from this source thermal energy production 101.
  • the second circuit 115 passes through the source 101 for producing thermal energy.
  • the device 100 for producing electrical energy comprises the heat exchanger 114 for transferring thermal energy from the source 101 of thermal energy to the first heat transfer fluid, said heat exchanger 114 being arranged so as to allow heat transfer from the heat transfer fluid.
  • second heat transfer fluid to the first heat transfer fluid in this case the first and second heat transfer fluids can pass through the heat exchanger 114 to allow the heat exchange of the second heat transfer fluid to the first heat transfer fluid as shown in figure 9 ).
  • the device 100 for producing electrical energy comprises: a third circuit 116 for circulating a third heat transfer fluid and a heat exchanger 117 configured to allow heat transfer from the second heat transfer fluid to the third heat transfer fluid (in this case the third and second heat transfer fluids can pass through the heat exchanger 117 to allow the heat exchange of the second heat transfer fluid to the third heat transfer fluid); and the heat exchanger 114 for transferring thermal energy from the thermal energy source 101 to the first heat transfer fluid is configured to allow heat transfer from the third heat transfer fluid to the first heat transfer fluid (in this case the third and first fluids coolants can pass through the heat exchanger 114 to allow the heat exchange of the third heat transfer fluid to the first heat transfer fluid).
  • the second energy converter 104 can be directly coupled to the first circuit 107 for, if necessary, heating the first fluid circulating in the second part 109.
  • the source 101 of thermal energy is then the nuclear reactor cooled by the second heat transfer fluid, the second heat transfer fluid comprising liquid sodium (the second heat transfer fluid possibly being liquid sodium), the first heat transfer fluid being a gaseous fluid inert with respect to liquid sodium.
  • the first circuit 107 is configured to allow the passage of the first heat transfer fluid through the accumulator 103 when it is charged or when thermal energy is returned by the accumulator 103.
  • the second circuit 115 may include a pump 124 for the discharge. circulation of the second heat transfer fluid.
  • the third circuit 116 may include a pump 124 for the circulation of the third heat transfer fluid.
  • the first heat transfer fluid is a gas
  • the device 100 for producing electrical energy can advantageously include a control module 118 (visible in figures 1 to 9 ), also called a supervision device, of its operation.
  • a control module 118 is in particular configured to choose and implement one of the first and second thermal energy supply configurations in order to ensure the desired flexibility.
  • control module 118 can determine whether the electrical transport network 106 connected to the output of the first energy converter 102 is in a period of low demand, in particular for electrical energy, or in a period of high demand, in particular for electrical energy. from which it follows that in period of low demand, the control module 118 places the device 100 for producing electrical energy in its first configuration for supplying energy thermal and that in a period of high demand, the control module 118 places the device 100 for producing electrical energy in its second configuration for supplying thermal energy.
  • the operation of the device 100 for producing electrical energy can preferably be adapted to further improve its flexibility. This can be achieved by the control module 118 then configured to adjust the operation of the device 100 for producing electrical energy when it adopts an operating configuration chosen from one of the first and second energy supply configurations. thermal, said adjustment of the operation being dependent on an input parameter of the control module 118.
  • the electrical transmission network 106 must be balanced in order to function properly, it is then said to be operating at its operating frequency. However, it is possible that this electric transport network 106 becomes unbalanced over time and it is then necessary to react quickly to rebalance it again.
  • the technique for balancing the power transmission network 106 is called frequency tracking.
  • the frequency monitoring consists of a moderate but very rapid variation of the electric power supplied by the first energy converter 102 to the electric transport network 106 to which it is connected in order to balance this electric transport network 106.
  • moderate variation of the electric power supplied is meant, for example, a variation from plus or minus 2.5% to plus or minus 7%.
  • very fast it is understood, for example, that the time to obtain this variation when it is requested is between 30 seconds and 2 minutes.
  • the control module 118 can maintain, in the first thermal energy supply configuration, the second energy converter 104 in the active state so that it participates in the charging of the accumulator 104 and to adjust the power of the battery. heating of the second energy converter 104 upwards or downwards to respond very quickly to a frequency monitoring constraint of the electrical transport network 106.
  • the control module 118 can maintain, in the second thermal energy supply configuration, the second energy converter 104 in the active state at a minimum heating power compatible with the frequency tracking (namely for example 7% of the nominal power of the device 100 for producing electrical energy, that is to say of the nominal power at the output of the first energy converter 102, when the device 100 of electrical energy production is in its second configuration of thermal energy supply).
  • a minimum heating power compatible with the frequency tracking namely for example 7% of the nominal power of the device 100 for producing electrical energy, that is to say of the nominal power at the output of the first energy converter 102, when the device 100 of electrical energy production is in its second configuration of thermal energy supply.
  • control module 118 is represented schematically by a square.
  • This control module 118 is preferably suitable for controlling the components, for example pumps allowing the circulation of heat transfer fluids, if necessary, to selectively place the second energy converter 104 either in its active state or in its state. inactive, if necessary, to control the direction of circulation of the second heat transfer fluid in the second circuit 111, for example by controlling the operation of the pump 113, and if necessary to control the direction of circulation of the first heat transfer fluid in the second part of the first circuit 107, for example by controlling the operation of the pump 122.
  • control module 118 can include all the software and hardware means necessary to allow it to integrate a logic making it possible to choose the most suitable of the first and second thermal energy supply configurations to implement it and in order, if necessary, to adjust the operation of the thermal energy supply configuration that it implements.
  • the pumps described can be controlled by the control module 118 to adapt their flow rate.
  • the invention also relates to a method of operating the device 100 for producing electrical energy as described.
  • such a method of operating the device 100 for producing electrical energy may include a step of producing thermal energy by the source 101 for producing thermal energy and a step of producing electrical energy by the first converter 102. energy by using thermal energy from the current production of thermal energy from the thermal energy production source 101. This is for example what is illustrated in figures 3 to 6 .
  • Such an operating method has the advantage of providing maneuverability of the device 100 for producing electrical energy.
  • the operating method may include a step of charging the accumulator 103 using thermal energy resulting from the current production of thermal energy from the source 101 for producing thermal energy.
  • said step of charging the accumulator 103 is implemented during the step of producing electrical energy, in particular when the device 100 for producing electrical energy is in the first configuration for supplying thermal energy.
  • the first thermal energy supply configuration is implemented by the operating method.
  • the step of charging the accumulator 103 can use thermal energy coming from the second energy converter 104 to charge the accumulator 103, preferably if the electrical energy is available to be stored in thermal form in the accumulator 103.
  • the second energy converter 104 can consume electrical energy, for example electrical energy supplied to it by the network 105 electrical power supply, in particular formed by the electrical transport network 106, from which results the production of thermal energy by the second energy converter 104, the accumulator 103 being charged using the thermal energy produced by the second converter 104 of energy and of the energy coming from the source 101 for producing thermal energy.
  • the operating method may include a step of restoring thermal energy stored in the accumulator 103, and the step of producing electrical energy by the first energy converter 102 also uses thermal energy resulting from thermal energy returned by accumulator 103 to produce said electrical energy. This is particularly visible in figures 3 and 4 .
  • the second thermal energy supply configuration is implemented by the operating method.
  • the frequency tracking is ensured by adjusting the electric power absorbed / consumed by the second converter 104 of energy for its operation.
  • This solution allows frequency monitoring, in the first configuration for supplying thermal energy and / or in the second configuration for supplying thermal energy, by using the second energy converter 104 available: the frequency monitoring is then easy to implement without having to significantly modify the structure of the device 100 for producing energy.
  • the flow of the second heat transfer fluid in the first heat exchanger 112 is countercurrent to the flow of the first heat transfer fluid in this first heat exchanger 112.
  • the second heat transfer fluid heated in the first heat exchanger 112 arrives in the accumulator 103 from the top, transmits its heat to the solid elements (for example rock or bricks) inside the accumulator 103 and leaves the accumulator 103 at a temperature strictly below its inlet temperature in the accumulator 103.
  • This first case is an example making it possible to maintain the nominal operation of the thermal energy production source 101 while ensuring the charging of the accumulator 103.
  • the device 100 for producing electrical energy is used in a period of high demand, for example on the day, when the electrical power to be supplied to the electrical transport network 106 by the first energy converter 102 is maximum because the need is high and the price of electricity is higher.
  • the thermal power of the nuclear reactor remains nominal, for example 1500W, the core of the nuclear reactor therefore operates at its nominal level.
  • the direction of circulation of the second heat transfer fluid works in the opposite direction to restore energy from the accumulator 103 with respect to its direction of circulation in the first case: the second “cold” heat transfer fluid introduced through the bottom of the accumulator 103 heats up in the accumulator 103 and comes out hot at the top of the accumulator 103.
  • the heat of the second heat transfer fluid is returned to the first heat transfer fluid via the first heat exchanger 112.
  • the direction of circulation of the first heat transfer fluid in the second part 109 part of the first circuit 107 is opposite to its direction of circulation associated with the first case in order to direct it at the outlet of the first heat exchanger 112 towards the first energy converter 102.
  • the second part 109 of the first circuit 107 is a bypass from the second heat exchanger 114. The energy conveyed by the second part 109 of the first circuit 107 at the outlet of the first heat exchanger 112 is added to that coming from the second heat exchanger 114.
  • the thermal power received by the first energy converter 102 corresponds to the sum of the thermal power of the thermal energy production source (1500 MW) and of the thermal power restored by the accumulator (375 MW in the example ).
  • the first energy converter 102 may include the steam generator and the Rankine cycle which operate at a high level so as to transfer the thermal power from the nuclear core and from the accumulator 103 to the Rankine cycle.
  • the flow rates mentioned are mass flow rates.
  • the thermal storage capacity of the accumulator 103 must be 6 GWh (GWh for gigawatt-hour) for an accumulator 103 whose temperature varies between 320 ° C and 505 ° C.
  • the storage volume of this accumulator 103 is in this case of the order of 70,000 m 3 .
  • the accumulator 103 is also charged in addition using the second energy converter 104.
  • the fourth case comprises a restitution of energy by the accumulator 103 charged beforehand under the conditions of the third case.
  • the second coolant and the accumulator 103 it is necessary for the second coolant and the accumulator 103 to be compatible with a higher temperature and for it to be possible to electrically heat either the accumulator 103 or the second coolant.
  • Such a second heat transfer fluid can be air heated by heating rods of the second energy converter 104. This makes it possible to consume energy, in particular from the electrical transport network 106 which then supplies the second converter 104 of energy into electrical energy.
  • the accumulator 103 can comprise, as for the first and second cases, a storage volume of the order of 70,000 m 3 but making it possible to store more thermal energy if the temperature of the second fluid coolant at the inlet of the accumulator 103 is increased compared to the first case while maintaining a temperature of the second coolant at the outlet of the accumulator at 320 ° C. If the second heat transfer fluid is at 600 ° C when it enters the accumulator 103, the thermal storage capacity of the accumulator 103 is increased to 9.2 GWh (instead of 6 GWh for the first case).
  • the second heat transfer fluid is at 900 ° C when it enters the accumulator 103, this capacity is increased to 18.8 GWh for the same storage volume of the accumulator 103.
  • the use of the second converter 104 d The energy makes it possible to increase the energy density of the accumulator 103 for the same storage volume of the latter.
  • the characteristics of the device 100 for producing electrical energy may be identical to those described for the first case with the only difference that the second energy converter 104 allows, by consuming an electrical power of 410 MW on the electrical transmission network 106, to raise the temperature of the second heat transfer fluid so that it reaches 600 ° C when it enters the accumulator 103.
  • the operation of the second converter 104 of energy makes it possible to store 3.2 GWh more than in the context of the first case and this for the same storage volume of the accumulator 103.
  • This third case corresponds to a situation for which the device 100 for producing electrical energy operates in a period of low demand and excess electrical energy is available on the electrical transmission network 106.
  • the third and fourth cases make it possible to use the second energy converter 104 by activating or deactivating it quickly to make it possible to respond to rapid requests making it possible to carry out frequency monitoring of the electrical transmission network 106 on which the first energy converter 102 injects the electrical energy that it produces.
  • the present invention finds an industrial application in the generation of electrical energy to be injected into, that is to say supplied to, the electrical transport network 106.
  • the device for producing electrical energy described makes it possible to carry out massive storage of electricity by using installations (Rankine cycle) which operate continuously, in a modulated manner, instead of operating periodically in a day.
  • installations Rankine cycle
  • This makes it possible to improve the profitability of the device for producing electrical energy in the sense that it can operate over a longer period: the interest can therefore be financial.
  • This also makes it possible to avoid stopping and restarting the energy production device.

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Abstract

Le dispositif (100) de production d'énergie électrique comporte : une source (101) de production d'énergie thermique ; un premier convertisseur (102) d'énergie configuré pour produire de l'énergie électrique en utilisant de l'énergie thermique ; un accumulateur (103) d'énergie thermique ; un deuxième convertisseur (104) d'énergie configuré pour convertir de l'énergie électrique en énergie thermique, le deuxième convertisseur (104) d'énergie étant agencé pour participer, à la demande, au stockage d'énergie thermique dans l'accumulateur (103) ; une première configuration de fourniture d'énergie thermique pour fournir de l'énergie thermique, issue de la production courante de la source (101) de production d'énergie thermique, à l'accumulateur (103) et au premier convertisseur (102) d'énergie ; une deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique pour fournir, au premier convertisseur (102) d'énergie, de l'énergie thermique issue de l'accumulateur (103) et de l'énergie thermique issue de la production courante de la source (101) de production d'énergie thermique.

Description

    Domaine technique de l'invention
  • Le domaine technique de l'invention concerne la production d'énergie électrique en utilisant de l'énergie thermique issue d'une source de production d'énergie thermique.
    • État de la technique
  • Il est connu de l'état de la technique de produire de l'énergie thermique et de la stocker dans un accumulateur en vue de la réutiliser.
  • Par exemple, le brevet américain numéro US 9,761,337 B2 décrit un dispositif comportant un système de transfert d'énergie thermique pour dévier une portion d'énergie thermique produite par un système à réacteur nucléaire vers un réservoir de stockage thermique auxiliaire. En réponse à un événement d'arrêt du système à réacteur nucléaire (tel qu'un arrêt programmé ou un arrêt d'urgence), l'énergie stockée dans le réservoir peut être fournie à un système de conversion d'énergie du système à réacteur nucléaire afin de fournir de l'énergie à un réseau électrique. Par ailleurs, l'énergie produite en trop par le système de conversion d'énergie du système à réacteur nucléaire peut être convertie en énergie thermique par une bobine chauffante pour être transférée au réservoir. La structure de ce dispositif présente une flexibilité limitée dans le cadre de la production d'énergie électrique, en effet ce dispositif permet de pallier à un simple arrêt du réacteur nucléaire.
    • Objet de l'invention
  • L'invention a pour but d'améliorer la manœuvrabilité d'un dispositif de production d'énergie électrique comportant une source de production d'énergie thermique.
  • A cet effet, le dispositif de production d'énergie électrique comporte :
    • une source de production d'énergie thermique,
    • un premier convertisseur d'énergie configuré pour produire de l'énergie électrique en utilisant de l'énergie thermique,
    • un accumulateur d'énergie thermique,
    • un deuxième convertisseur d'énergie configuré pour convertir de l'énergie électrique en énergie thermique, le deuxième convertisseur d'énergie étant agencé pour participer, à la demande, au stockage d'énergie thermique dans l'accumulateur,
    • une première configuration de fourniture d'énergie thermique pour fournir de l'énergie thermique, issue de la production courante de la source de production d'énergie thermique, à l'accumulateur et au premier convertisseur d'énergie,
    • une deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique pour fournir, au premier convertisseur d'énergie, de l'énergie thermique issue de l'accumulateur et de l'énergie thermique issue de la production courante de la source de production d'énergie thermique.
  • Un tel dispositif de production d'énergie électrique répond à une problématique technique générale de manœuvrabilité et de flexibilité de fonctionnement car il propose plusieurs configurations de fourniture d'énergie thermique au premier convertisseur d'énergie pour répondre à différentes demandes de production d'énergie électrique par ce premier convertisseur d'énergie lorsque la source de production d'énergie thermique est en fonctionnement. Par exemple, la première configuration peut être mise en oeuvre lorsque la puissance électrique attendue en sortie du premier convertisseur d'énergie peut être satisfaite en exploitant une partie de l'énergie thermique courante produite par la source de production d'énergie thermique tout en permettant d'utiliser une autre partie de cette énergie thermique courante produite par la source de production d'énergie thermique pour charger l'accumulateur. Par ailleurs, la deuxième configuration peut être mise en œuvre lorsque l'énergie thermique courante produite par la source de production d'énergie thermique ne suffit pas, à elle seule, à assurer la puissance électrique attendue en sortie du premier convertisseur d'énergie : dans ce cas l'énergie thermique stockée dans l'accumulateur peut être déstockée pour assurer l'appoint nécessaire de sorte que le premier convertisseur d'énergie puisse satisfaire la puissance électrique attendue à sa sortie. Il en résulte donc que le présent dispositif de production d'énergie électrique présente une flexibilité satisfaisante pour pouvoir adapter la quantité d'énergie électrique à fournir par le premier convertisseur d'énergie.
  • Un autre avantage du dispositif de production d'énergie provient de la présence du deuxième convertisseur d'énergie qui peut exploiter de l'énergie électrique disponible de sorte à la transformer en énergie thermique à stocker dans l'accumulateur, ceci permettant une restitution future d'énergie thermique par l'accumulateur pour générer de l'énergie électrique via le premier convertisseur d'énergie.
  • Ainsi, le dispositif de production d'énergie électrique peut autoriser à la fois le stockage d'énergie thermique et le stockage d'énergie électrique, après sa conversion en énergie thermique, dans le même accumulateur.
  • Le dispositif de production d'énergie électrique peut comporter en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • le dispositif de production d'énergie électrique comporte un circuit de circulation d'un fluide caloporteur auquel sont couplés thermiquement la source de production d'énergie thermique, le premier convertisseur d'énergie et l'accumulateur, ledit circuit étant configuré pour distribuer, dans la première configuration, l'énergie thermique issue de la production courante de la source de production d'énergie thermique vers le premier convertisseur d'énergie et vers l'accumulateur, et pour distribuer, dans la deuxième configuration, l'énergie thermique de issue de la production courante de la source de production d'énergie thermique et l'énergie thermique issue de l'accumulateur vers le premier convertisseur d'énergie ;
    • le circuit comporte une première partie, une deuxième partie et une troisième partie, la source de production d'énergie thermique étant couplée thermiquement à la première partie, l'accumulateur étant couplé thermiquement à la deuxième partie, le premier convertisseur d'énergie étant couplé thermiquement à la troisième partie ;
    • ledit circuit de circulation du fluide caloporteur est un premier circuit de circulation d'un premier fluide caloporteur et le dispositif de production d'énergie électrique comporte : un deuxième circuit de circulation d'un deuxième fluide caloporteur, le deuxième circuit étant configuré pour faire passer le deuxième fluide caloporteur par l'accumulateur ; un échangeur thermique pour réaliser un échange thermique entre le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur ;
    • le dispositif de production d'énergie électrique comporte un échangeur thermique pour transférer de l'énergie thermique issue de la source de production d'énergie thermique au premier fluide caloporteur, le dispositif de production d'énergie électrique comporte un troisième circuit de circulation d'un troisième fluide caloporteur, le troisième circuit étant configuré pour faire passer le troisième fluide caloporteur par la source de production d'énergie thermique pour prélever de l'énergie thermique à cette source de production d'énergie thermique, la source de production d'énergie thermique étant un réacteur nucléaire refroidi par le troisième fluide caloporteur, et le dispositif de production d'énergie électrique est tel que : l'échangeur thermique pour transférer de l'énergie thermique issue de la source d'énergie thermique au premier fluide caloporteur est agencé de sorte à permettre un transfert thermique du troisième fluide caloporteur au premier fluide caloporteur ; ou le dispositif de production d'énergie électrique comporte un quatrième circuit de circulation d'un quatrième fluide caloporteur et un échangeur thermique configuré pour permettre un transfert thermique du troisième fluide caloporteur au quatrième fluide caloporteur, l'échangeur thermique pour transférer de l'énergie thermique issue de la source d'énergie thermique au premier fluide caloporteur étant configuré pour permettre un transfert thermique du quatrième fluide caloporteur au premier fluide caloporteur ;
    • le dispositif de production d'énergie électrique est tel que le troisième fluide caloporteur comporte du sodium liquide, le premier fluide caloporteur est dépourvu de sodium et est un fluide inerte vis-à-vis du sodium liquide ;
    • le premier fluide caloporteur comporte un alliage eutectique de plomb et de bismuth ;
    • le quatrième fluide caloporteur comporte du sodium liquide ;
    • le circuit de circulation du fluide caloporteur est un premier circuit de circulation d'un premier fluide caloporteur, le premier fluide caloporteur étant un gaz, le dispositif de production d'énergie électrique comporte un échangeur thermique pour transférer de l'énergie thermique issue de la source de production d'énergie thermique au premier fluide caloporteur, le dispositif de production d'énergie électrique comporte un deuxième circuit de circulation d'un deuxième fluide caloporteur, le deuxième circuit étant configuré pour faire passer le deuxième fluide caloporteur par la source de production d'énergie thermique pour prélever de l'énergie thermique à cette source de production d'énergie thermique, et l'échangeur thermique pour transférer de l'énergie thermique issue de la source d'énergie thermique au premier fluide caloporteur est agencé de sorte à permettre un transfert thermique du deuxième fluide caloporteur au premier fluide caloporteur, la source d'énergie thermique étant un réacteur nucléaire refroidi par le deuxième fluide caloporteur, le deuxième fluide caloporteur comportant du sodium liquide, le premier fluide caloporteur étant un fluide gazeux inerte vis-à-vis du sodium liquide, le premier circuit étant configuré pour permettre le passage du premier fluide caloporteur au travers de l'accumulateur lors de sa charge ou de la restitution d'énergie thermique par l'accumulateur ;
    • le circuit de circulation du fluide caloporteur est un premier circuit de circulation d'un premier fluide caloporteur, le premier fluide caloporteur étant un gaz, le dispositif de production d'énergie électrique comporte un échangeur thermique pour transférer de l'énergie thermique issue de la source de production d'énergie thermique au premier fluide caloporteur, le dispositif de production d'énergie électrique comporte un deuxième circuit de circulation d'un deuxième fluide caloporteur, le deuxième circuit étant configuré pour faire passer le deuxième fluide caloporteur par la source de production d'énergie thermique pour prélever de l'énergie thermique à cette source de production d'énergie thermique, et le dispositif de production d'énergie électrique comporte un troisième circuit de circulation d'un troisième fluide caloporteur et un échangeur thermique configuré pour permettre un transfert thermique du deuxième fluide caloporteur au troisième fluide caloporteur, l'échangeur thermique pour transférer de l'énergie thermique issue de la source d'énergie thermique au premier fluide caloporteur étant configuré pour permettre un transfert thermique du troisième fluide caloporteur au premier fluide caloporteur, la source d'énergie thermique étant un réacteur nucléaire refroidi par le deuxième fluide caloporteur, le deuxième fluide caloporteur comportant du sodium liquide, le premier fluide caloporteur étant un fluide gazeux inerte vis-à-vis du sodium liquide, le premier circuit étant configuré pour permettre le passage du premier fluide caloporteur au travers de l'accumulateur lors de sa charge ou de la restitution d'énergie thermique par l'accumulateur ;
    • le dispositif de production d'énergie électrique comporte un module de pilotage de son fonctionnement ;
    • le module de pilotage est configuré pour choisir et mettre en œuvre l'une des première et deuxième configurations ;
    • le module de pilotage est configuré pour réaliser un ajustement du fonctionnement du dispositif de production d'énergie électrique lorsqu'il adopte une configuration de fonctionnement choisie parmi l'une des première et deuxième configurations, ledit ajustement du fonctionnement étant dépendant d'un paramètre d'entrée du module de pilotage ;
    • le premier convertisseur d'énergie étant destiné à être relié à un réseau de transport électrique pour lui fournir de l'énergie électrique produite par ledit premier convertisseur d'énergie, le paramètre d'entrée est une contrainte de fonctionnement à appliquer au dispositif de production d'énergie électrique pour : satisfaire une demande en énergie électrique à fournir au réseau de transport électrique, ou réaliser un suivi de fréquence du réseau de transport électrique, de préférence par un pilotage adapté de la puissance consommée, depuis le réseau de transport électrique, par le deuxième convertisseur d'énergie ;
    • la première configuration est telle qu'elle présente un mode de fonctionnement dans lequel le deuxième convertisseur d'énergie est dans un état de fourniture d'énergie thermique de sorte à participer à la charge de l'accumulateur.
  • L'invention est aussi relative à un procédé de fonctionnement du dispositif de production d'énergie électrique tel que décrit, le procédé de fonctionnement comportant :
    • une étape de production d'énergie thermique par la source de production d'énergie thermique,
    • une étape de production d'énergie électrique par le premier convertisseur d'énergie en utilisant de l'énergie thermique issue de la production courante d'énergie thermique de la source de production d'énergie thermique.
  • Ce procédé de fonctionnement peut comporter une étape de charge de l'accumulateur en utilisant de l'énergie thermique issue de la production courante d'énergie thermique de la source de production d'énergie thermique, l'étape de charge de l'accumulateur étant mise en œuvre au cours de l'étape de production d'énergie électrique.
  • Le procédé de fonctionnement peut être tel que le deuxième convertisseur d'énergie consomme de l'énergie électrique d'où il résulte la production d'énergie thermique par le deuxième convertisseur d'énergie, l'accumulateur étant chargé en utilisant l'énergie thermique produite par le deuxième convertisseur d'énergie.
  • Le procédé de fonctionnement peut comporter une étape de restitution d'énergie thermique stockée dans l'accumulateur, et l'étape de production d'énergie électrique par le premier convertisseur d'énergie utilise en outre de l'énergie thermique issue de l'énergie thermique restituée par l'accumulateur pour produire ladite énergie électrique.
  • Le procédé de fonctionnement peut comporter une étape d'ajustement du fonctionnement du dispositif de production d'énergie électrique pour, dans la première configuration ou dans la deuxième configuration :
    • satisfaire une demande en énergie électrique à fournir à un réseau de transport électrique, ou
    • réaliser un suivi de fréquence du réseau de transport électrique auquel l'énergie électrique produite par le premier convertisseur d'énergie est fournie.
  • Le procédé de fonctionnement peut être tel que, le deuxième convertisseur d'énergie étant alimenté électriquement par le réseau de transport électrique, le suivi de fréquence est assuré en ajustant la puissance électrique absorbée par le deuxième convertisseur d'énergie.
  • D'autres avantages et caractéristiques pourront ressortir clairement de la description détaillée qui va suivre.
    • Description sommaire des dessins
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés et listés ci-dessous.
    • La figure 1 représente schématiquement un dispositif de production d'énergie électrique selon un mode de réalisation particulier de l'invention, ledit dispositif de production d'énergie électrique comportant une source de production d'énergie thermique.
    • La figure 2 représente schématiquement le dispositif de production d'énergie électrique à source de production d'énergie thermique selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention.
    • La figure 3 représente schématiquement le dispositif de production d'énergie électrique de la figure 2 en montrant les sens de circulation de différents fluides caloporteurs dans des circuits correspondants alors que le dispositif de production d'énergie électrique est dans une configuration permettant une restitution d'énergie stockée dans un accumulateur du dispositif de production d'énergie électrique pour faire un appoint d'énergie thermique par rapport à de l'énergie thermique produite par la source de production d'énergie thermique dans le cadre d'une production d'énergie électrique par un convertisseur d'énergie pour convertir de l'énergie thermique en énergie électrique.
    • La figure 4 représente la figure 3 pour laquelle un convertisseur d'énergie pour convertir de l'énergie électrique en énergie thermique est actif, ceci permettant de faire un suivi de fréquence en vue d'équilibrer un réseau électrique.
    • La figure 5 représente schématiquement le dispositif de production d'énergie électrique de la figure 2 en montrant les sens de circulation des différents fluides caloporteurs dans les circuits correspondants alors que le dispositif de production d'énergie électrique est dans une configuration permettant, à partir de la production courante de la source de production d'énergie thermique, la charge de l'accumulateur et la production d'énergie électrique par le convertisseur pour convertir de l'énergie thermique en énergie électrique. Sur cette figure 5, le convertisseur d'énergie pour convertir de l'énergie électrique en énergie thermique fonctionne.
    • La figure 6 représente la figure 5 pour laquelle le convertisseur d'énergie pour convertir de l'énergie électrique en énergie thermique est inactif.
    • La figure 7 illustre encore un autre mode de réalisation du dispositif de production d'énergie électrique.
    • La figure 8 illustre schématiquement une alternative simplifiant le dispositif de production d'énergie électrique tel qu'illustré en figures 1, 2 et 7 au niveau de la charge de l'accumulateur ou de la restitution d'énergie par l'accumulateur.
    • La figure 9 représente une variante du dispositif de production d'énergie de la figure 8.
  • Sur ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments sauf stipulation contraire.
    • Description détaillée
  • Par « compris entre deux valeurs », il est entendu que les bornes définies par ces deux valeurs sont incluses dans la plage de valeurs considérée.
  • Le dispositif de production d'énergie électrique décrit ci-après propose un agencement particulier d'éléments afin d'optimiser sa production d'énergie électrique en fonction de la demande, notamment à l'aide d'un accumulateur d'énergie thermique.
  • Selon la présente invention dont des exemples particuliers de réalisation sont illustrés en figures 1 à 9, le dispositif 100 de production d'énergie électrique comporte : une source 101 de production d'énergie thermique ; un premier convertisseur 102 d'énergie configuré pour produire de l'énergie électrique en utilisant de l'énergie thermique notamment au moins issue de la source 101 de production d'énergie thermique et plus particulièrement de la production courante de cette source 101 de production d'énergie thermique ; un accumulateur 103 d'énergie thermique ; un deuxième convertisseur 104 d'énergie configuré pour convertir de l'énergie électrique en énergie thermique, le deuxième convertisseur 104 d'énergie étant agencé pour participer, à la demande, au stockage (c'est-à-dire à la mise en réserve ou charge) d'énergie thermique dans l'accumulateur 103.
  • L'énergie électrique produite par le premier convertisseur 102 correspond notamment à l'énergie électrique produite par le dispositif 100 de production d'énergie électrique. Ainsi, le premier convertisseur 102 peut comporter un alternateur permettant la production de l'énergie électrique désirée en sortie du premier convertisseur 102.
  • L'accumulateur 103 permet le stockage d'énergie thermique issue de la source 101 de production d'énergie thermique et notamment issue de la production courante de la source 101 de production d'énergie thermique. Le stockage d'énergie thermique dans l'accumulateur 103 correspond à la charge de l'accumulateur 103. L'accumulateur 103 permet de restituer à la demande de l'énergie thermique à destination du premier convertisseur 102 d'énergie, on parle alors dans ce cas de décharge de l'accumulateur 103.
  • Le premier convertisseur 102 d'énergie ou plus particulièrement la sortie de ce premier convertisseur 102 d'énergie est, de préférence, relié à un réseau 106 de transport électrique. Ce réseau 106 de transport électrique peut être relié à un réseau de distribution électrique.
  • La production d'électricité en sortie du premier convertisseur 102 d'énergie correspond, de préférence, à une demande d'électricité par le réseau 106 de transport électrique que doit satisfaire la production du premier convertisseur 102 d'énergie par exemple en vue d'alimenter le réseau de distribution électrique.
  • Par « réseau de distribution électrique », il est de préférence entendu un réseau permettant de desservir certains consommateurs.
  • Par « réseau 106 de transport électrique », il est de préférence entendu un réseau adapté à l'alimentation du réseau de distribution électrique ou d'autres consommateurs. Le réseau 106 de transport électrique peut être à haute tension, par exemple allant de 50kV à 400kV.
  • Ainsi, le pilotage adapté du dispositif 100 de production d'énergie électrique permet d'optimiser la production d'énergie électrique en sortie du premier convertisseur 102 d'énergie, par exemple en autorisant un fonctionnement de la source 101 de production d'énergie thermique à son régime nominal de manière constante de sorte à permettre d'alimenter en énergie thermique le premier convertisseur 102 d'énergie, tout en permettant par exemple :
    • un stockage d'énergie thermique dans l'accumulateur 103, c'est-à-dire la charge de l'accumulateur 103, lorsque la production d'électricité en sortie du premier convertisseur 102 d'énergie est strictement inférieure à ce qui peut être produit en exploitant la production courante d'énergie thermique de la source 101 de production d'énergie thermique ;
    • une restitution d'énergie thermique de l'accumulateur 103 vers le premier convertisseur 102 d'énergie pour permettre un appoint d'énergie thermique venant s'additionner à la production courante d'énergie thermique de la source 101 de production d'énergie thermique lorsque la production d'électricité en sortie du premier convertisseur 102 d'énergie est strictement supérieure à ce qui peut être produit en exploitant seulement cette production courante ;
    • un stockage d'énergie thermique dans l'accumulateur 103 en exploitant de l'énergie thermique issue du deuxième convertisseur 104 d'énergie alimenté électriquement et de l'énergie thermique issue de la production courante d'énergie thermique de la source 101 de production d'énergie thermique, ceci étant permis lorsque la production d'électricité en sortie du premier convertisseur 102 d'énergie est strictement inférieure à ce qui peut être produit en exploitant la production courante d'énergie thermique de la source 101 de production d'énergie thermique et lorsque de l'énergie électrique est disponible sur un réseau 105 électrique d'alimentation pour alimenter électriquement le deuxième convertisseur 104 d'énergie.
  • Le dispositif 100 de production d'énergie électrique comporte une première configuration de fourniture d'énergie thermique pour fournir de l'énergie thermique, cette énergie thermique fournie étant issue de la production courante de la source 101 de production d'énergie thermique, à l'accumulateur 103 et au premier convertisseur 102 d'énergie. La première configuration de fourniture d'énergie thermique permet de charger l'accumulateur 103. Le dispositif 100 de production d'énergie électrique comporte aussi une deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique pour fournir, au premier convertisseur 102 d'énergie, de l'énergie thermique issue de l'accumulateur 103 et de l'énergie thermique issue de la production courante de la source 101 de production d'énergie thermique. Dans la deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique, l'accumulateur 103 se décharge. L'énergie thermique fournie au premier convertisseur 102 d'énergie lui permet de produire de l'énergie électrique. Ainsi, la source 101 de production d'énergie thermique, les premier et deuxième convertisseurs 102, 104 d'énergie et l'accumulateur 103 peuvent agir en synergie pour optimiser et rendre manœuvrable la production d'électricité par le dispositif 100 de production d'énergie électrique.
  • De préférence, la source 101 de production d'énergie thermique est notamment telle qu'elle présente un régime de fonctionnement nominal pour lequel elle est dimensionnée. Grâce au présent dispositif 100 de production d'énergie électrique, il n'est pas nécessaire de faire fonctionner la source 101 d'énergie thermique à un point de fonctionnement en dessous de son régime nominal pour pouvoir satisfaire à des variations de la demande d'électricité en sortie du premier convertisseur 102 d'énergie. Ainsi, dans la première configuration de fourniture d'énergie thermique et dans la deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique, la source 101 de production d'énergie thermique peut fonctionner à son régime de fonctionnement nominal de production d'énergie thermique.
  • Par production courante d'énergie thermique de la source 101 de production d'énergie thermique, il est entendu l'énergie thermique fournie par la source 101 de production d'énergie thermique et notamment distribuée au sein du dispositif 100 de production d'énergie électrique à l'aide d'un fluide caloporteur passant par la source 101 de production d'énergie thermique.
  • Le réseau 106 de transport électrique et le réseau 105 électrique d'alimentation peuvent ne former qu'un seul et même réseau électrique ou deux réseaux électriques distincts. Par exemple, dans le cas où le réseau 106 de transport électrique et le réseau 105 électrique d'alimentation sont distincts, le réseau 105 électrique d'alimentation peut être un réseau électrique auxiliaire par exemple d'énergie générée par une ou des sources intermittentes comme par exemple un champs d'éoliennes.
  • La source 101 de production d'énergie thermique peut être choisie parmi un réacteur nucléaire par exemple refroidi au sodium, une centrale à combustible fossile comme du charbon ou du lignite. Ces différentes sources 101 de production d'énergie thermique sont adaptées à la présente invention dans le sens où elles forment chacune une source de production d'énergie thermique lentement variable à laquelle l'association de l'accumulateur 103 et des différentes configurations de fourniture d'énergie envisagées du dispositif 100 de production d'énergie électrique permettent d'offrir la flexibilité/manœuvrabilité recherchée. Par exemple, un réacteur nucléaire refroidi au sodium est considéré comme peu manœuvrant du point de vue de la partie nucléaire. Une centrale à charbon a une cinétique qui peut être lente pour des raisons techniques (inertie thermique) ou règlementaires (nombre de démarrages/arrêts, règle relative à la pollution).
  • La source 101 de production d'énergie thermique peut aussi être une centrale ayant une intermittence de fonctionnement du fait de sa source comme par exemple une centrale solaire thermodynamique dont la source solaire est par définition intermittente. Dans ce cas, l'objectif du dispositif 100 de production d'énergie n'est pas de maintenir la source 101 de production d'énergie thermique à son régime nominal, mais de lisser la production thermique ou d'ajuster la production électrique en stockant dans l'accumulateur 103 le surplus d'énergie thermique issu de la source 101 de production d'énergie thermique en vue de le restituer au moment opportun. Le lissage de la production thermique correspond à moyenner ou égaliser ou filtrer les variations haute fréquence.
  • Le réacteur nucléaire refroidi au sodium présente, du fait du choix du sodium en tant que fluide caloporteur pour le refroidir et donc de fluide caloporteur pour propager l'énergie thermique produite par un tel réacteur nucléaire au sein du dispositif 100 de production d'énergie électrique, l'intérêt de pouvoir réaliser des fissions nucléaires en spectre rapide ouvrant la voie à la transmutation et à la surgénération. Dans le cas d'un spectre rapide, il n'est pas possible d'utiliser les caloporteurs habituels des réacteurs nucléaires, à savoir l'eau légère ou l'eau lourde. Le sodium liquide est l'un des rares candidats permettant un spectre rapide et offrant des performances d'échange thermique intéressantes. L'inconvénient du sodium est qu'il présente une forte interaction avec l'eau et l'air ; ceci impliquera des adaptations judicieusement choisies tel que décrites ci-après lorsque la source 101 de production d'énergie thermique est un tel réacteur nucléaire refroidi au sodium. Le réacteur refroidi au sodium en combinaison avec le présent dispositif 100 de production d'énergie électrique peut être destiné à faire partie d'un parc de production électrique relié au réseau 106 de transport électrique qui peut être soumis à de fortes contraintes de variation de charge. De façon plus précise, pour ces contraintes, on distingue le suivi de fréquence, qui correspond à un ajustement rapide de la production électrique de quelques pourcents pour équilibrer le réseau 106 de transport électrique, du suivi de charge plus massif qui correspond à un ajustement plus lent mais de grande ampleur. Ces contraintes de variation de charge sont largement amplifiées par la pénétration massive des énergies renouvelables intermittentes (solaire, éolien) sur le réseau 106 de transport électrique. En conséquence, tous les moyens de production dont la production est pilotable (à savoir pour lesquels l'opérateur peut décider de produire ou pas, par opposition aux moyens dépendant de la météo tels que le solaire ou l'éolien) visent à accroître leur capacité de variation de production pour répondre à ces contraintes de variation de charge. Ici, le réacteur nucléaire formant la source 101 de production d'énergie thermique et l'accumulateur 103 auquel il est associé permettent une forte flexibilité, c'est-à-dire manœuvrabilité, du dispositif 100 de production pour pouvoir produire de l'électricité de façon sûre et variable en fonction du besoin.
  • Par exemple, l'utilisation du réacteur nucléaire refroidi au sodium en tant que source 101 de production d'énergie thermique dans le présent dispositif 100 de production d'énergie électrique permet :
    • de faire fonctionner constamment la source 101 de production d'énergie thermique à sa puissance nominale,
    • de stocker, via l'accumulateur 103, l'énergie thermique générée en surplus par le réacteur nucléaire et non utilisée pour la production d'électricité par le premier convertisseur 102 d'énergie, ceci permettant d'assurer la manœuvrabilité du dispositif 100 de production d'énergie électrique.
  • Par ailleurs, ici le deuxième convertisseur 104 d'énergie permet de stocker de l'électricité du réseau 106 de transport électrique relié à ce deuxième convertisseur 104 d'énergie en la transformant en énergie thermique de façon à répondre aux variations de charge du réseau 106 de transport électrique (on parle alors dans le domaine de stockage massif d'électricité du réseau 106 de transport électrique en vue de le restituer par la suite). Avec un tel dispositif 100 de production d'énergie électrique, il est possible d'utiliser un réacteur nucléaire tout en bénéficiant d'une grande flexibilité malgré l'inertie importante du réacteur nucléaire en cas de variation de sa production.
  • Le réacteur nucléaire, de préférence refroidi au sodium, utilisé comme source 101 de production d'énergie thermique peut être du type :
    • utilisé pour la production électrique et peut en outre cumuler une ou plusieurs autres fonctions comme la transmutation de déchets nucléaires, la cogénération d'électricité et de chaleur, ou la génération d'autres produits comme de l'eau douce,
    • petit réacteur modulaire (aussi connu sous l'abréviation SMR pour l'anglais « Small modular reactors ») pour la production d'électricité stationnaire.
  • L'accumulateur 103 peut comporter de la roche, par exemple de la roche volcanique, ou comporter un matériau structuré comme par exemple des briques.
  • Par exemple, l'accumulateur 103 est de type à stockage vertical au sein duquel la température en bas de l'accumulateur 103 est strictement inférieure à la température en haut de l'accumulateur 103. Bien entendu, d'autres types d'accumulateur 103 peuvent être utilisés et dans ce cas la circulation d'un fluide caloporteur traversant cet accumulateur 103 sera adaptée selon qu'il est souhaité, en utilisant ce fluide caloporteur, de prélever de l'énergie thermique à l'accumulateur 103 en vue de la restituer ou de stocker de l'énergie thermique dans l'accumulateur 103 dans le cadre de sa charge.
  • Alternativement l'accumulateur 103 peut être à stockage horizontal avec un côté, par exemple le gauche, plus chaud qu'un autre côté, par exemple le droit.
  • De manière générale, peu importe comment l'accumulateur 103 stocke l'énergie thermique, le sens d'écoulement du fluide caloporteur dans l'accumulateur 103 pour charger l'accumulateur est différent du sens d'écoulement du fluide caloporteur lorsque l'accumulateur 103 restitue de la chaleur à ce fluide caloporteur.
  • De préférence, comme représenté en figures 1 à 9, le premier convertisseur 102 d'énergie comporte un groupe turboalternateur basé sur un cycle eau-vapeur (cycle de Rankine). Un tel groupe turboalternateur peut comporter un générateur 102a de vapeur chargé de récupérer l'énergie thermique fournie au premier convertisseur 102 d'énergie. Le groupe turboalternateur peut aussi comporter un circuit de conversion 102b d'énergie à eau-vapeur (aussi appelé cycle de Rankine) optimisé pour la gamme de température à laquelle il est susceptible d'être soumis selon le dimensionnement et la structure du dispositif 100 de production d'énergie électrique en prenant notamment en compte le cas où le deuxième convertisseur 104 d'énergie est utilisé, ce qui élargi généralement la gamme de température. L'avantage d'un tel premier convertisseur 102 d'énergie à cycle de Rankine est de permettre une production d'électricité avec un cycle à eau ayant atteint une maturité technologique. Par ailleurs, un tel premier convertisseur 102 d'énergie présente l'avantage de posséder un niveau de rendement optimal pour une application comportant un réacteur refroidi au sodium tel que décrite ci-après.
  • En particulier, le premier convertisseur 102 d'énergie peut comporter une pompe 126 permettant la circulation d'un fluide caloporteur dans un circuit 127, ce circuit 127 appartenant au premier convertisseur 102 d'énergie et ce circuit 127 étant tel que le fluide caloporteur traverse, lors de sa circulation dans le circuit 127, le générateur 102a de vapeur et le circuit de conversion 102b d'énergie à eau-vapeur.
  • Le deuxième convertisseur 104 d'énergie peut comporter une résistance chauffante qui, lorsqu'elle est alimentée électriquement, chauffe pour générer de l'énergie thermique par exemple destinée à charger l'accumulateur 103 dans la première configuration de fourniture d'énergie.
  • Le deuxième convertisseur 104 d'énergie peut aussi participer à un suivi de fréquence du réseau 106 de transport électrique.
  • De manière générale, le deuxième convertisseur 104 d'énergie peut présenter un état actif pour lequel le deuxième convertisseur 104 d'énergie est alimenté en énergie électrique et génère de l'énergie thermique en utilisant cette énergie électrique, et un état inactif pour lequel le deuxième convertisseur 104 d'énergie ne fonctionne pas et ne consomme donc pas d'énergie électrique. Notamment, Dans la première configuration de fourniture d'énergie, le dispositif 100 de production d'énergie électrique peut être configuré pour faire varier le deuxième convertisseur 104 d'énergie entre son état inactif et son état actif, cette variation pouvant être dépendante de l'énergie électrique disponible sur le réseau 105 électrique d'alimentation auquel il est raccordé et/ou des besoins en terme de stockage d'énergie dans l'accumulateur 103. Ainsi, le deuxième convertisseur 104 d'énergie peut être utilisé pour volontairement charger l'accumulateur 103 ou encore pour délester le réseau 105 électrique d'alimentation.
  • Le dispositif 100 de production d'énergie électrique peut comporter un interrupteur 121 (figures 1 à 9) permettant de sélectivement :
    • faire fonctionner le deuxième convertisseur 104 d'énergie lorsque l'interrupteur 121 est fermé (figures 1, 2, 4 et 5) : le deuxième convertisseur 104 d'énergie est alors dans son état actif,
    • empêcher le fonctionnement du deuxième convertisseur 104 d'énergie lorsque 121 l'interrupteur est ouvert (figures 3, 6, 7, 8 et 9) : le deuxième convertisseur 104 d'énergie est alors dans son état inactif.
  • Ainsi, dans la première configuration de fourniture d'énergie thermique, il est possible de :
    • stocker simultanément dans l'accumulateur 103 de l'énergie thermique issue, d'une part, de la source 101 d'énergie thermique et, d'autre part, issue de l'utilisation d'électricité disponible pour alimenter le deuxième convertisseur 104 d'énergie ; autrement dit, la première configuration de fourniture d'énergie thermique peut être telle que le deuxième convertisseur 104 d'énergie est dans un état de fourniture d'énergie thermique (état actif) de sorte à participer à la charge de l'accumulateur 103, ceci permet d'augmenter la densité de stockage d'énergie thermique dans l'accumulateur 103 comme cela est décrit par la suite, le cas échéant, dans ce cas l'interrupteur 121 peut être fermé comme le montre par exemple la figure 5,
    • stocker dans l'accumulateur 103 de l'énergie thermique issue seulement de la source 101 d'énergie thermique, dans ce cas l'interrupteur 121 peut être ouvert comme le montre par exemple la figure 6.
  • Il peut y avoir deux façons d'utiliser le deuxième convertisseur 104 d'énergie. Selon une première façon, le deuxième convertisseur 104 d'énergie est actif dans la première configuration et est utilisé pour augmenter la température du fluide caloporteur circulant dans l'accumulateur 103 afin, au final, d'augmenter la température de l'accumulateur 103 d'où il résulte une augmentation de densité énergétique stockable dans l'accumulateur 103. Selon une deuxième façon, lorsque le deuxième convertisseur 104 d'énergie est actif dans la première configuration, l'utilisation du deuxième convertisseur 104 d'énergie permet de stocker plus rapidement de l'énergie thermique dans l'accumulateur 103 en maintenant la température du fluide caloporteur circulant dans l'accumulateur 103 à sa valeur nominale de charge de l'accumulateur 103.
  • Pour améliorer la flexibilité de fonctionnement du dispositif 100 de production d'énergie électrique, la première configuration de fourniture d'énergie thermique peut être telle qu'elle présente un mode de fonctionnement dans lequel le deuxième convertisseur 104 d'énergie est dans un état de fourniture d'énergie thermique de sorte à participer à la charge de l'accumulateur 103. Bien entendu, la première configuration de fourniture d'énergie thermique peut aussi être telle qu'elle présente un mode de fonctionnement dans lequel le deuxième convertisseur 104 d'énergie est à l'arrêt.
  • Par ailleurs, dans la deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique, le deuxième convertisseur 104 d'énergie peut être à l'état actif comme par exemple représenté en figure 4 avec l'interrupteur 121 fermé ou peut être à l'état inactif comme par exemple représenté en figure 3 avec l'interrupteur 121 ouvert. En figure 4, cela permet de réaliser un suivi de fréquence du réseau 106 de transport électrique lorsque le réseau 105 électrique d'alimentation pour alimenter le deuxième convertisseur 104 d'énergie est le réseau 106 de transport électrique. Ceci sera décrit ci-après plus en détail. Autrement dit, la deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique peut être telle qu'elle présente un mode de fonctionnement dans lequel le deuxième convertisseur 104 d'énergie est dans un état de fourniture d'énergie thermique. Bien entendu, la deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique peut aussi être telle qu'elle présente un mode de fonctionnement dans lequel le deuxième convertisseur 104 d'énergie est à l'arrêt.
  • Alternativement, à la place de l'interrupteur 121, il est possible de piloter l'écoulement d'un fluide caloporteur, par exemple à l'aide d'un circuit adapté, traversant l'accumulateur 103 pour le charger de sorte que ce fluide caloporteur ne passe dans le deuxième convertisseur 104 d'énergie que lorsque le deuxième convertisseur 104 d'énergie est actif et que la première configuration de fourniture d'énergie thermique est mise en œuvre.
  • De manière préférentielle, le dispositif 100 de production d'énergie électrique comporte un circuit 107 de circulation d'un fluide caloporteur, notamment aussi appelé premier circuit 107 de circulation d'un premier fluide caloporteur dans la suite de la description, auquel sont couplés thermiquement : la source 101 de production d'énergie thermique notamment pour apporter de l'énergie thermique audit fluide caloporteur, le premier convertisseur 102 d'énergie notamment pour recevoir de l'énergie thermique transportée par ledit fluide caloporteur, et l'accumulateur 103. Ceci présente l'avantage de rendre compact le dispositif 100 de production d'énergie électrique en utilisant un même circuit 107 configuré pour :
    • distribuer, dans la première configuration de fourniture d'énergie thermique, l'énergie thermique issue de la production courante de la source 101 de production d'énergie thermique vers le premier convertisseur 102 d'énergie et vers l'accumulateur 103, et
    • distribuer, dans la deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique, l'énergie thermique de issue de la production courante de la source 101 de production d'énergie thermique et l'énergie thermique issue de l'accumulateur 103 vers le premier convertisseur 102 d'énergie. Un autre avantage d'un tel premier circuit 107 est qu'il permet, par des modifications assez simples à mettre en œuvre, d'associer l'accumulateur 103 et le deuxième convertisseur 104 d'énergie à une source 101 de production d'énergie thermique déjà existante en vue de mettre en œuvre la présente invention sans avoir à construire entièrement une nouvelle installation pour former le dispositif 100 de production d'énergie électrique.
  • Le premier circuit 107 est visible aux figures 1 à 9. En figures 1 à 6, 8 et 9, le premier circuit 107 ne traverse pas la source 101 de production d'énergie thermique de préférence pour des raisons de sûreté lorsque cette source 101 de production d'énergie thermique est un réacteur nucléaire. Ainsi en figures 1 à 6, 8 et 9, il peut être utilisé un ou plusieurs circuits additionnels permettant d'assurer le couplage thermique entre la source 101 de production d'énergie thermique et le premier circuit 107. Lorsque cela est possible, notamment lorsque la source 101 de production d'énergie thermique n'est pas un réacteur nucléaire, le premier circuit 107 peut traverser la source 101 de production d'énergie thermique comme cela est représenté en figure 7.
  • Afin de pouvoir récupérer correctement de l'énergie thermique (et donc assurer le couplage thermique correspondant), le premier convertisseur 102 d'énergie peut comporter un échangeur thermique traversé par le premier fluide caloporteur pour coupler thermiquement le premier fluide caloporteur au premier convertisseur 102 d'énergie. Le cas échéant, cet échangeur thermique assure le couplage thermique entre le premier fluide caloporteur et de l'eau circulant dans le groupe turboalternateur décrit ci-dessus pour générer de la vapeur d'eau par le générateur 102a de vapeur. Ce générateur 102a de vapeur comporte alors l'échangeur thermique évoqué dans le présent paragraphe.
  • Il résulte de ce qui a été décrit précédemment qu'il existe un besoin d'adapter le premier circuit 107 auquel sont couplés thermiquement la source 101 de production d'énergie thermique, le premier convertisseur 102 d'énergie et l'accumulateur 103. De préférence, ce besoin peut être satisfait en ce que ce premier circuit 107 comporte des première, deuxième et troisième parties 108, 109, 110. La source 101 de production d'énergie thermique est couplée thermiquement à la première partie 108, notamment pour permettre un apport de chaleur au premier fluide caloporteur du premier circuit 107. L'accumulateur 103 est couplé thermiquement à la deuxième partie 109, notamment de sorte que ce couplage thermique permette un apport de chaleur au premier fluide caloporteur dans le cadre d'un déstockage d'énergie de l'accumulateur 103 ou un prélèvement de chaleur depuis le premier fluide caloporteur dans le cadre de la charge de l'accumulateur 103. Le premier convertisseur 102 d'énergie est couplé thermiquement à la troisième partie 110, notamment de sorte à permettre un prélèvement de chaleur depuis le premier fluide caloporteur du premier circuit 107 permettant de faire fonctionner ce premier convertisseur 102 d'énergie. Par exemple, dans la première configuration de fourniture d'énergie thermique, une fraction du premier fluide caloporteur circule dans la deuxième partie 109 en dérivation de la troisième partie 110. Par exemple, dans la deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique, une fraction du premier fluide caloporteur circule dans la deuxième partie 109 en dérivation de la première partie 108. En fait, la circulation du premier fluide caloporteur dans les première et troisième parties 108, 110 peut se faire toujours dans le même sens alors que la circulation du fluide caloporteur dans la deuxième partie 109 peut se faire alternativement dans deux sens opposés selon que l'accumulateur 103 est en charge (première configuration de fourniture d'énergie thermique) ou restitue de l'énergie thermique vers le premier convertisseur 102 d'énergie (deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique).
  • Par exemple, le sens de circulation du premier fluide caloporteur dans la deuxième partie 109 peut être défini par une pompe 122 (figures 1 à 9) à aspiration et refoulement inversables, ou de deux pompes à sens de fonctionnement inversés et pouvant être chacune activée sélectivement, cette ou ces pompes 122 étant intégrées à la deuxième partie 109.
  • Par exemple, le sens de circulation du premier fluide caloporteur dans la première et la troisième partie 108, 111 peut être assuré par une pompe 123 (figures 1 à 9) intégrée par exemple à la première partie 108.
  • En particulier, les première, deuxième et troisième parties 108, 109, 110 du premier circuit 107 présentent chacune une première extrémité longitudinale et une deuxième extrémité longitudinale opposée à ladite première extrémité longitudinale. Les premières extrémités longitudinales des première, deuxième et troisième parties 108, 109, 110 sont raccordées entre elles à un premier point de raccordement 119 et les deuxièmes extrémités longitudinales des première, deuxième et troisième parties 108, 109, 110 sont raccordées entre elles à un deuxième point de raccordement 120.
  • Il résulte de ce qui a été décrit précédemment qu'il existe un besoin de trouver une solution simple et efficace permettant de réaliser le couplage thermique entre l'accumulateur 103 et le circuit 107 formant le premier circuit 107 de circulation du premier fluide caloporteur notamment pour éviter que le premier fluide caloporteur ne traverse l'accumulateur 103. En effet, si le premier fluide caloporteur venait à traverser l'accumulateur 103, cela pourrait poser des problématiques de compatibilité de ce premier fluide caloporteur avec l'accumulateur 103, d'impuretés ou de perte de pression. Les problèmes d'impuretés peuvent être liés à la dégradation du matériau de l'accumulateur 103 (par exemple brique ou roche), ces impuretés viendraient alors polluer le premier fluide caloporteur si ce premier fluide caloporteur venait à directement traverser l'accumulateur 103. Le problème de perte de pression peut être lié à la perte de charge de ce premier fluide caloporteur, l'utilisation d'un fluide caloporteur dédié pour traverser l'accumulateur 103 est donc plus adaptée. Des exemples de réalisation de cette solution sont illustrés en figures 1 à 7. Pour réaliser un tel couplage thermique, le dispositif 100 de production d'énergie électrique peut comporter un deuxième circuit 111 de circulation d'un deuxième fluide caloporteur, le deuxième circuit 111 étant configuré pour faire passer le deuxième fluide caloporteur par l'accumulateur 103. Autrement dit, le deuxième circuit 111 traverse, et peut être en partie délimité par, l'accumulateur 103 pour permettre au deuxième fluide caloporteur de circuler dans l'accumulateur 103. Par ailleurs, le dispositif 100 de production d'énergie électrique comporte un échangeur 112 thermique (aussi nommé premier échangeur 112 thermique) pour réaliser un échange thermique entre le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur. Ainsi, le premier échangeur 112 thermique peut être traversé par le premier fluide caloporteur et par le deuxième fluide caloporteur pour permettre l'échange thermique entre ces premier et deuxième fluides caloporteur. Autrement dit, le deuxième circuit 111 permet au deuxième fluide caloporteur :
    • soit d'apporter de l'énergie thermique à stocker dans l'accumulateur 103, cette énergie thermique à stocker étant transférée du premier fluide caloporteur au deuxième fluide caloporteur dans le premier échangeur 112 thermique,
    • soit de prélever de l'énergie thermique à l'accumulateur 103, cette énergie thermique prélevée étant ensuite transférée au premier fluide caloporteur via le premier échangeur 112 thermique.
  • C'est, de préférence, la température du deuxième fluide caloporteur à l'entrée de l'accumulateur 103 qui permet de définir si de l'énergie thermique est apportée ou prélevée à l'accumulateur 103. Bien entendu, l'accumulateur 103 est conçu pour accepter une température maximale admissible de deuxième fluide caloporteur le traversant adaptée aux composants du dispositif 100 de production d'énergie. Le sens de circulation du deuxième fluide caloporteur est ensuite notamment choisi pour des raisons de contraintes et d'efficacité d'utilisation de l'accumulateur 103. Ainsi, le cas échéant, le deuxième circuit 111 peut avantageusement comporter une pompe 113 réversible (figures 1 à 7) permettant de choisir le sens de circulation du deuxième fluide caloporteur, par exemple selon la configuration de fourniture d'énergie thermique à mettre en œuvre choisie parmi la première configuration de fourniture d'énergie thermique et la deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique.
  • Par exemple, lorsque l'accumulateur 103 est du type à stockage vertical tel que décrit ci-avant, la pompe 113 du deuxième circuit 111 provoque la circulation du deuxième fluide caloporteur soit de sorte à lui faire traverser l'accumulateur 103 en entrant par le bas de l'accumulateur 103 et en sortant par le haut de l'accumulateur 103 pour prélever de l'énergie thermique à l'accumulateur 103 (figures 3 et 4), soit de sorte à lui faire traverser l'accumulateur 103 en entrant par le haut de l'accumulateur 103 et en sortant par bas de l'accumulateur 103 pour accumuler/stocker de l'énergie thermique dans l'accumulateur 103 (figures 5 et 6).
  • De préférence, le deuxième circuit 111 adopte la forme d'une boucle fermée.
  • Le deuxième convertisseur 104 d'énergie est, de préférence, couplé thermiquement au deuxième circuit 111 pour par exemple chauffer le deuxième fluide caloporteur circulant dans le deuxième circuit 111 lorsque le dispositif 100 de production d'énergie électrique est dans sa première configuration de fourniture d'énergie thermique. En figures 1 à 7, le deuxième convertisseur 104 est monté au deuxième circuit 111 sur une portion de ce deuxième circuit 111 reliant le premier échangeur 112 thermique et l'accumulateur 103 de sorte que le deuxième fluide caloporteur puisse traverser le deuxième convertisseur 104 d'énergie.
  • Le deuxième fluide caloporteur est, de préférence, de l'air. L'air est tout particulièrement adapté pour réaliser un stockage/déstockage thermique d'un accumulateur 103 par exemple comportant de la roche ou un matériau structuré tel que des briques.
  • Ce deuxième fluide caloporteur est, de préférence, inerte par rapport au premier fluide caloporteur de sorte à éviter des réactions chimiques néfastes en cas de fuite entre le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur, notamment au niveau de l'échangeur 112 thermique assurant les échanges thermiques entre ces premier et deuxième fluides caloporteurs.
  • Le dispositif 100 de production d'énergie électrique peut aussi comporter un échangeur 114 thermique (aussi appelé deuxième échangeur 114 thermique et par exemple visible en figures 1 à 6, 8 et 9) pour transférer de l'énergie thermique issue de la source 101 de production d'énergie thermique, notamment issue de la production courante de cette source 101 de production d'énergie thermique, au premier fluide caloporteur. L'avantage de la présence d'un tel deuxième échangeur 114 thermique est que le fluide caloporteur prélevant directement de la chaleur à la source 101 de production d'énergie thermique ne passe pas par le premier convertisseur 102 d'énergie, ceci permettant d'améliorer la sécurité, notamment lorsque la source 101 de production d'énergie thermique est un réacteur nucléaire. Par exemple, cela permet d'interposer, entre l'eau utilisée dans le premier convertisseur 102 d'énergie et le fluide caloporteur traversant la source 101 d'énergie thermique, le premier fluide caloporteur qui est alors préférentiellement inerte à l'eau et au fluide caloporteur traversant la source 101 d'énergie thermique.
  • La présence du deuxième échangeur 114 thermique implique que le dispositif 100 de production d'énergie électrique comporte, notamment selon les réalisations des figures 1 à 6, un troisième circuit 115 de circulation d'un troisième fluide caloporteur. Le troisième circuit 115 peut comporter une pompe 124 permettant la circulation du troisième fluide caloporteur dans le troisième circuit 115. Le troisième circuit 115 est configuré pour faire passer le troisième fluide caloporteur par la source 101 de production d'énergie thermique pour prélever de l'énergie thermique à cette source de production d'énergie 101 thermique. Autrement dit, le troisième circuit 115 traverse la source 101 de production d'énergie thermique. Dans ce cas :
    • l'échangeur 114 thermique pour transférer de l'énergie thermique issue de la source 101 d'énergie thermique au premier fluide caloporteur est agencé de sorte à permettre un transfert thermique du troisième fluide caloporteur au premier fluide caloporteur (figure 1), dans ce cas l'échangeur thermique 114 peut être traversé par les premier et troisième fluides caloporteurs pour permettre ledit transfert de l'énergie thermique, ou
    • le dispositif 100 de production d'énergie électrique comporte un quatrième circuit 116 de circulation d'un quatrième fluide caloporteur et un échangeur thermique 117 configuré pour permettre un transfert thermique du troisième fluide caloporteur au quatrième fluide caloporteur (le troisième fluide caloporteur et le quatrième fluide caloporteur peuvent alors traverser l'échangeur thermique 117 pour permettre l'échange thermique entre les troisième et quatrième fluides caloporteurs), l'échangeur 114 thermique pour transférer de l'énergie thermique issue de la source 101 d'énergie thermique au premier fluide caloporteur étant configuré pour permettre un transfert thermique du quatrième fluide caloporteur au premier fluide caloporteur (le quatrième fluide caloporteur et le premier fluide caloporteur peuvent alors traverser l'échangeur thermique 114 pour permettre l'échange thermique entre les premier et quatrième fluides caloporteurs) voir par exemple en ce sens les figures 2 à 6.
  • Ceci présente l'avantage de permettre d'éloigner le premier fluide caloporteur et le premier convertisseur 102 d'énergie de la source 101 de production d'énergie thermique pour éviter de contaminer ce premier fluide caloporteur tout particulièrement lorsque la source 101 de production d'énergie thermique est un réacteur nucléaire refroidi par le troisième fluide caloporteur qui passe dans le réacteur nucléaire.
  • Lorsque le quatrième circuit 116 est présent, il peut comporter une pompe 125 permettant la circulation du quatrième fluide dans le quatrième circuit 116 (figures 2 à 6).
  • Selon une réalisation particulière, la source 101 de production d'énergie thermique est le réacteur nucléaire refroidi par le troisième fluide caloporteur comportant du sodium liquide, notamment le troisième fluide caloporteur est du sodium liquide. Le premier fluide caloporteur est dépourvu de sodium et est un fluide inerte vis-à-vis du sodium liquide. Par exemple, ceci présente l'avantage technique, dans le cadre de la réalisation de la figure 1, d'autoriser un échange thermique au sein du deuxième échangeur 114 thermique entre les troisième et premier fluides caloporteurs tout en permettant d'éviter une réaction entre les premier et troisième fluides caloporteurs notamment en cas de fuites dans le deuxième échangeur 114 thermique au travers duquel les premier et troisième fluides caloporteurs passent. Par ailleurs, de manière générale applicable aux réalisations des figures 1 à 6, l'utilisation d'un premier fluide caloporteur inerte au sodium liquide présente l'avantage de former une barrière physique entre le sodium liquide et l'eau du premier convertisseur 102 d'énergie du fait que le premier fluide caloporteur est dépourvu de sodium liquide. Bien entendu, ce premier fluide caloporteur est aussi inerte au fluide caloporteur, c'est à-dire notamment à l'eau, du premier convertisseur 102 d'énergie.
  • Le sodium liquide en tant que fluide caloporteur peut atteindre une température comprise entre 500°C et 600°C.
  • Un exemple particulier de premier fluide caloporteur inerte vis-à-vis du sodium liquide et tout particulièrement adapté pour l'application de la présente invention peut comporter un métal liquide. De préférence, le premier fluide caloporteur comporte un alliage eutectique de plomb et de bismuth. Le premier fluide caloporteur peut être l'alliage eutectique de plomb et de bismuth. Un tel premier fluide caloporteur comportant du plomb et du bismuth est tout particulièrement adapté pour récupérer des calories depuis un fluide caloporteur comportant du sodium liquide au travers d'un échangeur thermique tout en restant inerte vis-à-vis du sodium liquide. Le premier fluide peut alors, alternativement, être du plomb liquide pur.
  • Dans le cas où le dispositif 100 de production d'énergie électrique comporte le quatrième circuit 116 tel que décrit ci-dessus, le quatrième fluide caloporteur comporte de préférence du sodium liquide. Le quatrième fluide caloporteur peut être du sodium liquide. Ceci présente les avantages techniques suivants :
    • les quatrième et troisième fluides caloporteurs sont de même type ou identiques, permettant ainsi un échange thermique efficace entre ces quatrième et troisième fluides caloporteurs dans le troisième échangeur 117 thermique,
    • le quatrième circuit 116 permet de former une barrière physique entre le premier fluide caloporteur et le troisième fluide caloporteur traversant le réacteur nucléaire pour limiter les risques de contamination radioactive du premier fluide caloporteur.
  • Lorsque le quatrième circuit 116 n'est pas présent (figure 1), bien que la sécurité du dispositif 100 de production d'énergie électrique à réacteur nucléaire comme source 101 de production d'énergie thermique soit diminuée, cela permet d'améliorer le rendement global du dispositif 100 de production d'énergie électrique en limitant le nombre d'échangeurs thermiques entre le cœur nucléaire du réacteur nucléaire et le premier convertisseur 102 d'énergie, et donc ainsi de limiter les pincements thermiques. Un pincement thermique correspond à une diminution de température entre deux fluides caloporteurs qui échangent de la chaleur via un échangeur thermique correspondant. Les pincements thermiques sont donc des phénomènes irréversibles qui diminuent le potentiel d'un fluide caloporteur pour la conversion en énergie mécanique ou électrique.
  • Les figures 3 à 6 illustrent le dispositif 100 de production d'énergie électrique du type de la figure 2 pour lequel des flèches ont été rajoutées au niveau des différents circuits afin de préciser le sens d'écoulement des fluides caloporteurs au sein de ces circuits. Les principe d'écoulement décrit ci-après peuvent aussi s'appliquer en s'adaptant aux structures des dispositif 100 de production d'énergie électrique des figures 1, 7, 8 et 9.
  • Ainsi, en figures 3 et 4, la deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique peut être telle que :
    • à sa sortie du deuxième échangeur 114 thermique, le premier fluide caloporteur circulant dans la première partie 108 est dirigé pour être injecté, avec le premier fluide caloporteur circulant dans la deuxième partie 109 en sortie du premier échangeur 112 thermique, dans la troisième partie 110,
    • consécutivement à son injection dans la troisième partie 110, le premier fluide caloporteur circule de sorte à traverser le premier convertisseur 102 d'énergie puis est divisé pour être injecté respectivement dans la première partie 108 en amont du deuxième échangeur 114 thermique selon le sens d'écoulement du premier fluide caloporteur dans la première partie 108 et dans la deuxième partie 109 en amont du premier échangeur 112 thermique selon le sens d'écoulement du premier fluide caloporteur dans la deuxième partie 109.
  • En figures 3 et 4, le deuxième fluide caloporteur circule de sorte à traverser l'accumulateur 103 du bas vers le haut pour récupérer de l'énergie thermique stockée dans l'accumulateur 103 afin de la transférer au premier convertisseur 102 d'énergie via le premier fluide caloporteur.
  • En figures 5 et 6, montrant un exemple de mise en œuvre de la première configuration de fourniture d'énergie thermique lors du fonctionnement du dispositif 100 de production d'énergie électrique, le premier fluide caloporteur circule de la manière suivante :
    • le premier fluide caloporteur circulant dans la première partie 108 est dirigé en sortie du deuxième échangeur 114 thermique jusqu'à être divisé et injecté dans la deuxième partie 109 du premier circuit 107 et dans la troisième partie 110 du premier circuit 107,
    • le premier fluide caloporteur circulant dans la deuxième partie 109 du premier circuit traverse le premier échangeur 112 thermique puis est injecté dans la première partie 108 du premier circuit 107 en direction du deuxième échangeur 114 thermique, et
    • le premier fluide caloporteur circulant dans la troisième partie 110 du premier circuit 107 traverse le premier convertisseur 102 d'énergie puis est injecté dans la première partie 108 du premier circuit 107 en direction du deuxième échangeur 114 thermique. En figures 5 et 6, le deuxième fluide caloporteur circule de sorte à traverser l'accumulateur 103 du haut vers le bas pour le charger en énergie thermique transférée au deuxième fluide caloporteur depuis le premier fluide caloporteur via le premier échangeur 112 thermique. En figures 5 et 6, le deuxième fluide caloporteur traverse le deuxième convertisseur 104 d'énergie qui est soit actif (figure 5) pour apporter de la chaleur au deuxième fluide caloporteur après son passage par le premier échangeur 112 thermique mais avant son passage dans l'accumulateur 103, soit inactif (figure 6).
  • Selon un mode de réalisation particulier, le premier fluide caloporteur peut être un gaz, de préférence, qui ne présente pas d'interaction avec le sodium et l'eau. L'azote, l'hélium, les gaz nobles peuvent être envisagés en tant que gaz formant le premier fluide caloporteur. Le mélange des gaz précités peut aussi être envisagé en tant que premier fluide caloporteur.
  • Dans le cas où le premier fluide caloporteur est un gaz, cela lui permet d'être compatible pour directement interagir avec l'accumulateur 103 pour stocker ou restituer de l'énergie thermique. Dès lors, l'utilisation d'un gaz en tant que premier fluide caloporteur peut permettre de simplifier le dispositif 100 de production d'énergie électrique dans le sens où il devient possible au dispositif 100 de production d'énergie électrique de présenter les caractéristiques décrites précédemment mais en se passant du deuxième circuit 111 décrit ci-avant et donc du deuxième échangeur 112 thermique (visibles en figures 1 à 7).
  • Les figures 8 et 9 montrent une telle architecture simplifiée pour laquelle le premier circuit 107 est tel qu'il permet au premier fluide caloporteur de traverser directement l'accumulateur 103. Le premier fluide caloporteur est alors un gaz. De préférence, la deuxième partie 109 du premier circuit 107 traverse l'accumulateur 103 pour permettre sa charge ou la restitution d'énergie thermique au premier fluide caloporteur par l'accumulateur 103. Le dispositif 100 de production d'énergie électrique peut alors comporter, selon cette architecture simplifiée un deuxième circuit 115 de circulation d'un deuxième fluide caloporteur, le deuxième circuit 115 étant configuré pour faire passer le deuxième fluide caloporteur par la source 101 de production d'énergie thermique pour prélever de l'énergie thermique à cette source de production d'énergie 101 thermique. Ainsi, le deuxième circuit 115 traverse la source 101 de production d'énergie thermique. Le dispositif 100 de production d'énergie électrique comporte l'échangeur 114 thermique pour transférer de l'énergie thermique issue de la source 101 d'énergie thermique au premier fluide caloporteur, ledit échangeur 114 thermique étant agencé de sorte à permettre un transfert thermique du deuxième fluide caloporteur au premier fluide caloporteur (dans ce cas les premier et deuxième fluides caloporteurs peuvent traverser l'échangeur 114 thermique pour permettre l'échange thermique du deuxième fluide caloporteur au premier fluide caloporteur comme le montre la figure 9). Selon une autre réalisation, en figure 8, le dispositif 100 de production d'énergie électrique comporte : un troisième circuit 116 de circulation d'un troisième fluide caloporteur et un échangeur 117 thermique configuré pour permettre un transfert thermique du deuxième fluide caloporteur au troisième fluide caloporteur (dans ce cas les troisième et deuxième fluides caloporteurs peuvent traverser l'échangeur 117 thermique pour permettre l'échange thermique du deuxième fluide caloporteur au troisième fluide caloporteur) ; et l'échangeur 114 thermique pour transférer de l'énergie thermique issue de la source 101 d'énergie thermique au premier fluide caloporteur est configuré pour permettre un transfert thermique du troisième fluide caloporteur au premier fluide caloporteur (dans ce cas les troisième et premier fluides caloporteurs peuvent traverser l'échangeur 114 thermique pour permettre l'échange thermique du troisième fluide caloporteur au premier fluide caloporteur). Ceci présente notamment les avantages décrits en liens avec la présence du circuit 115, ou du circuit 115 et du circuit 116, dans le cadre des figures 1 à 6. Ici, le deuxième convertisseur 104 d'énergie peut directement être couplé au premier circuit 107 pour, le cas échéant, chauffer le premier fluide circulant dans la deuxième partie 109. Bien entendu, ici la source 101 d'énergie thermique est alors le réacteur nucléaire refroidi par le deuxième fluide caloporteur, le deuxième fluide caloporteur comportant du sodium liquide (le deuxième fluide caloporteur pouvant être du sodium liquide), le premier fluide caloporteur étant un fluide gazeux inerte vis-à-vis du sodium liquide. Le premier circuit 107 est configuré pour permettre le passage du premier fluide caloporteur au travers de l'accumulateur 103 lors de sa charge ou de la restitution d'énergie thermique par l'accumulateur 103. Le deuxième circuit 115 peut comporter une pompe 124 pour la circulation du deuxième fluide caloporteur. Le cas échéant, le troisième circuit 116 peut comporter une pompe 124 pour la circulation du troisième fluide caloporteur.
  • Dans le cas où le premier fluide caloporteur est un gaz, il peut être envisagé de placer une turbine à gaz dans le premier circuit 107 afin de générer de l'électricité en exploitant la circulation du gaz.
  • Il a été décrit ci-avant comment les différentes configurations de fourniture d'énergie thermique du dispositif 100 de production d'énergie électrique pouvaient améliorer sa flexibilité et sa manœuvrabilité pour lui permettre de s'adapter à différentes situations. Pour lui permettre cette adaptation, le dispositif 100 de production d'énergie électrique peut avantageusement comporter un module 118 de pilotage (visible en figures 1 à 9), aussi appelé dispositif de supervision, de son fonctionnement. Un tel module 118 de pilotage est notamment configuré pour choisir et mettre en œuvre l'une des première et deuxième configurations de fourniture d'énergie thermique afin d'assurer la flexibilité recherchée.
  • Par exemple, le module 118 de pilotage peut déterminer si le réseau 106 de transport électrique relié à la sortie du premier convertisseur 102 d'énergie est en période de demande basse notamment d'énergie électrique ou en période de demande haute notamment d'énergie électrique d'où il résulte qu'en période de demande basse, le module 118 de pilotage place le dispositif 100 de production d'énergie électrique dans sa première configuration de fourniture d'énergie thermique et qu'en période de demande haute le module 118 de pilotage place le dispositif 100 de production d'énergie électrique dans sa deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique.
  • Même dans une configuration de fourniture d'énergie thermique particulière, le fonctionnement du dispositif 100 de production d'énergie électrique peut préférentiellement être adapté pour encore améliorer sa flexibilité. Ceci peut être réalisé par le module 118 de pilotage alors configuré pour réaliser un ajustement du fonctionnement du dispositif 100 de production d'énergie électrique lorsqu'il adopte une configuration de fonctionnement choisie parmi l'une des première et deuxième configurations de fourniture d'énergie thermique, ledit ajustement du fonctionnement étant dépendant d'un paramètre d'entrée du module 118 de pilotage.
  • Le premier convertisseur 102 d'énergie étant destiné à être relié au réseau 106 de transport électrique pour fournir à ce réseau 106 de transport électrique de l'énergie électrique produite par le premier convertisseur 102 d'énergie, le paramètre d'entrée peut être une contrainte de fonctionnement à appliquer au dispositif 100 de production d'énergie électrique pour :
    • satisfaire une demande en énergie électrique à fournir au réseau 106 de transport électrique par le premier convertisseur 102 d'énergie, notamment en contrôlant de manière adaptée la puissance thermique apportée à l'accumulateur 103 ou prélevée depuis l'accumulateur 103, ou
    • réaliser un suivi de fréquence du réseau 106 de transport électrique, de préférence par un pilotage adapté de la puissance consommée, depuis le réseau 106 de transport électrique, par le deuxième convertisseur 104 d'énergie, ceci pouvant être réalisé lorsque le dispositif 100 de fourniture d'énergie électrique est dans la première configuration de fourniture d'énergie thermique ou dans la deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique. Ces contraintes de fonctionnement présentent l'avantage de fournir des services adaptés au réseau 106 de transport.
  • Le réseau 106 de transport électrique doit être équilibré pour fonctionner convenablement, on dit alors qu'il fonctionne à sa fréquence de fonctionnement. Cependant, il est possible que ce réseau 106 de transport électrique se déséquilibre au cours du temps et il faut alors réagir rapidement pour le rééquilibrer à nouveau. La technique pour permettre l'équilibrage du réseau 106 de transport électrique s'appelle le suivi de fréquence. Le suivi de fréquence consiste en une variation modérée mais très rapide de la puissance électrique fournie par le premier convertisseur 102 d'énergie au réseau 106 de transport électrique auquel il est relié pour équilibrer ce réseau 106 de transport électrique. Par « variation modérée de la puissance électrique fournie » il est entendu par exemple une variation de plus ou moins 2,5% à plus ou moins 7%. Par « très rapide », il est entendu par exemple que la durée, pour obtenir cette variation lorsqu'elle est demandée, est comprise entre 30 secondes et 2 minutes.
  • Pour réaliser un suivi de fréquence du réseau 106 de transport électrique alors que le dispositif 100 de production d'énergie électrique fonctionne en période de demande basse, c'est-à-dire dans sa première configuration de fourniture d'énergie thermique. Le module 118 de pilotage peut maintenir, dans la première configuration de fourniture d'énergie thermique, le deuxième convertisseur 104 d'énergie à l'état actif pour qu'il participe à la charge de l'accumulateur 104 et pour ajuster la puissance de chauffe du deuxième convertisseur 104 d'énergie à la hausse ou à la baisse pour répondre très rapidement à une contrainte de suivi de fréquence du réseau 106 de transport électrique.
  • Pour réaliser un suivi de fréquence du réseau 106 de transport électrique alors que le dispositif 100 de production d'énergie électrique fonctionne en période de demande haute, c'est-à-dire dans sa deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique. Le module 118 de pilotage peut maintenir, dans la deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique, le deuxième convertisseur 104 d'énergie à l'état actif à une puissance de chauffe minimale compatible avec le suivi de fréquence (à savoir par exemple 7% de la puissance nominale du dispositif 100 de production d'énergie électrique, c'est-à-dire de la puissance nominale en sortie du premier convertisseur 102 d'énergie, lorsque le dispositif 100 de production d'énergie électrique est dans sa deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique). Ainsi, lorsque le module 118 de pilotage reçoit des appels de suivi de fréquence, il est possible d'interrompre le fonctionnement du deuxième convertisseur 104 d'énergie (passage à son état inactif temporairement) ou d'augmenter la puissance de fonctionnement du deuxième convertisseur 104 d'énergie afin de contribuer à l'équilibrage du réseau 106 de transport électrique.
  • En figures 1 à 9, le module 118 de pilotage est représenté schématiquement par un carré. Ce module 118 de pilotage est de préférence adapté pour contrôler les composants, par exemple des pompes permettant la circulation des fluides caloporteurs, le cas échéant, de placer s'électivement le deuxième convertisseur 104 d'énergie soit dans son état actif soit dans son état inactif, le cas échéant, de contrôler le sens de circulation du deuxième fluide caloporteur dans le deuxième circuit 111 par exemple en pilotant le fonctionnement de la pompe 113, et le cas échéant de contrôler le sens de circulation du premier fluide caloporteur dans la deuxième partie du premier circuit 107 par exemple en pilotant le fonctionnement de la pompe 122.
  • Ainsi, le module 118 de pilotage peut comporter tous les moyens logiciels et matériels nécessaires pour lui permettre d'intégrer une logique permettant de faire le choix de la plus adaptée des première et deuxième configurations de fourniture d'énergie thermique pour la mettre en œuvre et pour, le cas échéant, ajuster le fonctionnement de la configuration de fourniture d'énergie thermique qu'il met en œuvre.
  • Les pompes décrites peuvent être pilotées par le module 118 de pilotage pour adapter leur débit.
  • Il résulte de tout ce qui a été décrit ci-dessus que l'invention est aussi relative à un procédé de fonctionnement du dispositif 100 de production d'énergie électrique tel que décrit.
  • Par exemple un tel procédé de fonctionnement du dispositif 100 de production d'énergie électrique peut comporter une étape de production d'énergie thermique par la source 101 de production d'énergie thermique et une étape de production d'énergie électrique par le premier convertisseur 102 d'énergie en utilisant de l'énergie thermique issue de la production courante d'énergie thermique de la source 101 de production d'énergie thermique. C'est par exemple ce qui est illustré en figures 3 à 6. Un tel procédé de fonctionnement présente l'avantage de proposer une manœuvrabilité du dispositif 100 de production d'énergie électrique.
  • Le procédé de fonctionnement peut comporter une étape de charge de l'accumulateur 103 en utilisant de l'énergie thermique issue de la production courante d'énergie thermique de la source 101 de production d'énergie thermique. Ainsi, ladite étape de charge de l'accumulateur 103 est mise en œuvre au cours de l'étape de production d'énergie électrique notamment lorsque le dispositif 100 de production d'énergie électrique est en première configuration de fourniture d'énergie thermique. On profite alors ici d'un surplus d'énergie thermique à exploiter pour charger l'accumulateur 103. Ceci est représenté à titre d'exemple en figures 5 et 6. Dans ce cas, la première configuration de fourniture d'énergie thermique est mise en œuvre par le procédé de fonctionnement.
  • Bien entendu, afin d'améliorer la charge de l'accumulateur 103, l'étape de charge de l'accumulateur 103 peut utiliser de l'énergie thermique issue du deuxième convertisseur 104 d'énergie pour charger l'accumulateur 103 de préférence si de l'énergie électrique est disponible pour être stockée sous forme thermique dans l'accumulateur 103. Autrement dit, le deuxième convertisseur 104 d'énergie peut consommer de l'énergie électrique, par exemple de l'énergie électrique qui lui est fournie par le réseau 105 électrique d'alimentation, notamment formé par le réseau 106 de transport électrique, d'où il résulte la production d'énergie thermique par le deuxième convertisseur 104 d'énergie, l'accumulateur 103 étant chargé en utilisant l'énergie thermique produite par le deuxième convertisseur 104 d'énergie et de l'énergie issue de la source 101 de production d'énergie thermique.
  • Afin d'améliorer la manœuvrabilité du dispositif 100 de production d'énergie électrique, le procédé de fonctionnement peut comporter une étape de restitution d'énergie thermique stockée dans l'accumulateur 103, et l'étape de production d'énergie électrique par le premier convertisseur 102 d'énergie utilise en outre de l'énergie thermique issue de l'énergie thermique restituée par l'accumulateur 103 pour produire ladite énergie électrique. Ceci est notamment visible en figures 3 et 4. Dans ce cas, la deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique est mise en œuvre par le procédé de fonctionnement.
  • Avantageusement, le procédé de fonctionnement comporte une étape d'ajustement du fonctionnement du dispositif 100 de production d'énergie électrique pour, dans la première configuration de fourniture d'énergie thermique ou dans la deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique :
    • satisfaire une demande en énergie électrique à fournir au réseau 106 de transport électrique. Ceci présente l'avantage de pouvoir maîtriser la production électrique grâce à la manœuvrabilité du dispositif 100 de production électrique, ou
    • réaliser un suivi de fréquence du réseau 106 de transport électrique auquel l'énergie électrique produite par le premier convertisseur 102 d'énergie est fournie.
  • De préférence, dans le cadre du procédé de fonctionnement, le deuxième convertisseur 104 d'énergie étant alimenté électriquement par le réseau 106 de transport électrique, le suivi de fréquence est assuré en ajustant la puissance électrique absorbée/consommée par le deuxième convertisseur 104 d'énergie pour son fonctionnement. Cette solution permet un suivi de fréquence, dans la première configuration de fourniture d'énergie thermique et/ou dans la deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique, en utilisant le deuxième convertisseur 104 d'énergie à disposition : le suivi de fréquence est alors aisé à mettre en œuvre sans avoir à modifier en profondeur la structure du dispositif 100 de production d'énergie.
  • Il est à présent décrit différents cas de fonctionnement du dispositif 100 de production d'énergie électrique du type de la figure 2 pour lequel :
    • la source 101 de production d'énergie thermique est un réacteur nucléaire refroidi au sodium,
    • le premier fluide caloporteur est un alliage eutectique de plomb et de bismuth Pb-Bi,
    • le deuxième fluide caloporteur est de l'air,
    • le troisième fluide caloporteur et le quatrième fluide caloporteur sont chacun du sodium liquide, le troisième fluide caloporteur étant le sodium liquide refroidissant le réacteur nucléaire.
  • Selon un premier cas, le dispositif 100 de production d'énergie électrique se trouve utilisé dans une période de demande basse, par exemple la nuit. Dans cette période de demande basse, la puissance électrique à fournir sur le réseau 106 de transport électrique par le premier convertisseur 102 d'énergie est réduite car le besoin du réseau 106 de transport électrique est moindre et le prix de l'électricité est modéré. Dans ce cas, le premier convertisseur 102 d'énergie peut comporter le générateur vapeur, ce générateur vapeur et le cycle de Rankine associé peuvent alors fonctionner à un niveau réduit. Dans ce premier cas, la puissance thermique de la source 101 de production d'énergie thermique est nominale, par exemple égale à 1500 MW (MW pour Mégawatt), on dit alors que le cœur nucléaire fonctionne à son niveau nominal. Seule une partie de la puissance thermique, par exemple 750 MW, est extraite au niveau du premier convertisseur 102 d'énergie. Le reste de la puissance thermique, c'est-à-dire 750 MW, est extraite au niveau du premier échangeur 112 thermique pour être stockée dans l'accumulateur 103. Pour cela :
    • le premier fluide caloporteur présente un premier débit dans la première partie 108 du premier circuit 107,
    • le premier fluide caloporteur présente un deuxième débit dans la deuxième partie 109 du premier circuit 107,
    • le premier fluide caloporteur présente un troisième débit dans la troisième partie 110 du premier circuit 107,
    et les deuxième et troisième débits sont strictement inférieurs au premier débit. Dans ce cas, une fraction du premier fluide caloporteur circule en dérivation, ou « by-pass » en langue anglaise, du premier convertisseur 102 d'énergie.
  • L'écoulement du deuxième fluide caloporteur dans le premier échangeur 112 thermique est à contre-courant de l'écoulement du premier fluide caloporteur dans ce premier échangeur 112 thermique. Le deuxième fluide caloporteur réchauffé dans le premier échangeur 112 thermique arrive dans l'accumulateur 103 par le haut, transmet sa chaleur aux éléments solides (par exemple roche ou briques) à l'intérieur de l'accumulateur 103 et ressort de l'accumulateur 103 à une température strictement inférieure à sa température d'entrée dans l'accumulateur 103.
  • Selon ce premier cas :
    • la température du premier fluide caloporteur à sa sortie du deuxième échangeur 114 thermique est égale à 515°C,
    • la température du premier fluide caloporteur à son entrée dans le deuxième échangeur 114 thermique est égale à 310°C,
    • la température du premier fluide caloporteur à son entrée dans le premier échangeur 112 thermique est de 515°C,
    • la température du premier fluide caloporteur à sa sortie du premier échangeur 112 thermique est de 330°C,
    • la température du premier fluide caloporteur à son entrée dans le premier convertisseur 102 d'énergie est de 515°C,
    • la température du premier fluide caloporteur à sa sortie du premier convertisseur 102 d'énergie est de 285°C,
    • la température du deuxième fluide caloporteur, à sa sortie du premier échangeur 112 thermique, est de 505°C,
    • la température du deuxième fluide caloporteur, à son entrée dans le premier échangeur 112 thermique, est de 320°C,
    • le débit du premier fluide caloporteur dans la première partie 108 du premier circuit 107 est de 50460 kg/s,
    • le débit du premier fluide caloporteur dans la deuxième partie 109 du premier circuit 107 est de 28000 kg/s,
    • le débit du premier fluide caloporteur dans la troisième partie 110 du premier circuit 107 est de 22460 kg/s,
    • le débit du deuxième fluide caloporteur est de 3800 kg/s.
  • Ce premier cas est un exemple permettant de conserver le fonctionnement nominal de la source 101 de production d'énergie thermique tout en assurant la charge de l'accumulateur 103.
  • Selon un deuxième cas, le dispositif 100 de production d'énergie électrique se trouve utilisé dans une période de demande haute, par exemple le jour, où la puissance électrique à fournir sur le réseau 106 de transport électrique par le premier convertisseur 102 d'énergie est maximale car le besoin est élevé et le prix de l'électricité est plus élevé. La puissance thermique du réacteur nucléaire reste nominale par exemple de 1500W, le cœur du réacteur nucléaire fonctionne donc à son niveau nominal. Le sens de circulation du deuxième fluide caloporteur fonctionne en sens inverse pour restituer de l'énergie depuis l'accumulateur 103 par rapport à son sens de circulation du premier cas : le deuxième fluide caloporteur « froid » introduit par le bas de l'accumulateur 103 se réchauffe dans l'accumulateur 103 et ressort chaud au sommet de l'accumulateur 103. La chaleur du deuxième fluide caloporteur est restituée au premier fluide caloporteur via le premier échangeur 112 thermique. Le sens de circulation du premier fluide caloporteur dans la deuxième partie 109 partie du premier circuit 107 est opposé à son sens de circulation associé au premier cas pour l'orienter en sortie du premier échangeur 112 thermique vers le premier convertisseur 102 d'énergie. Selon une autre formulation, la deuxième partie 109 du premier circuit 107 est en dérivation du deuxième échangeur 114 thermique. L'énergie véhiculée par la deuxième partie 109 du premier circuit 107 en sortie du premier échangeur 112 thermique vient s'ajouter à celle en provenance du deuxième échangeur 114 thermique. La puissance thermique reçue par le premier convertisseur 102 d'énergie correspond à la somme de la puissance thermique de la source de production d'énergie thermique (1500 MW) et de la puissance thermique restituée par l'accumulateur (375 MW dans l'exemple). Dans ce deuxième cas, le premier convertisseur 102 d'énergie peut comporter le générateur vapeur et le cycle de Rankine qui fonctionnent à niveau élevé de sorte à transférer au cycle de Rankine la puissance thermique en provenance du cœur nucléaire et de l'accumulateur 103.
  • Selon ce deuxième cas :
    • la température du premier fluide caloporteur à sa sortie du deuxième échangeur 114 thermique est égale à 515°C
    • la température du premier fluide caloporteur à son entrée dans le deuxième échangeur 114 thermique est égale à 310°C,
    • la température du premier fluide caloporteur à son entrée dans le premier échangeur 112 thermique est de 310°C,
    • la température du premier fluide caloporteur à sa sortie du premier échangeur 112 thermique est de 495°C,
    • la température du premier fluide caloporteur à son entrée dans le premier convertisseur 102 d'énergie est de 511°C,
    • la température du premier fluide caloporteur à sa sortie du premier convertisseur 102 d'énergie est de 310°C,
    • la température du deuxième fluide caloporteur, à sa sortie du premier échangeur 112 thermique, est de 320°C,
    • la température du deuxième fluide caloporteur, à son entrée dans le premier échangeur 112 thermique, est de 505°C,
    • le débit du premier fluide caloporteur dans la première partie 108 du premier circuit 107 est de 50460 kg/s,
    • le débit du premier fluide caloporteur dans la troisième partie 111 du premier circuit 107 est de 64460 kg/s,
    • le débit du premier fluide caloporteur dans la deuxième partie 109 du premier circuit 107 est de 14000 kg/s,
    • le débit du troisième fluide caloporteur est de 1900 kg/s.
  • Les débits évoqués sont des débits massiques.
  • Dans les premier et deuxième cas ci-dessus, les valeurs de puissance indiquées correspondent à :
    • une hypothèse de variation de production électrique comprise entre 40% du nominal de cette production électrique par le dispositif 100 de production d'énergie électrique et 100% du nominal de cette production électrique par le dispositif 100 de production d'énergie électrique entre la période de demande basse pour laquelle 750 MW de puissance thermique est fournie au premier convertisseur 102 d'énergie et la période de demande haute pour laquelle 1875 MW de puissance thermique est fournie au premier convertisseur 102 d'énergie,
    • une puissance nominale de cœur du réacteur nucléaire constante produisant une puissance thermique de 1500 MW,
    • une durée de période de demande basse de 8 h,
    • une durée de période de demande haute de 16 h.
  • Pour cela, la capacité de stockage thermique de l'accumulateur 103 doit être de 6 GWh (GWh pour gigawatt-heure) pour un accumulateur 103 dont la température varie entre 320°C et 505°C. Le volume de stockage de cet accumulateur 103 est dans ce cas de l'ordre de 70 000 m3.
  • Il est à présent décrit des troisième et quatrième cas. Dans le troisième cas l'accumulateur 103 est aussi chargé en complément à l'aide du deuxième convertisseur 104 d'énergie. Le quatrième cas comprend une restitution d'énergie par l'accumulateur 103 chargé au préalable dans les conditions du troisième cas. Pour ces troisième et quatrième cas, il est nécessaire que le deuxième fluide caloporteur et l'accumulateur 103 soient compatibles avec une température plus élevée et qu'il soit possible de chauffer électriquement soit directement l'accumulateur 103, soit le deuxième fluide caloporteur. Un tel deuxième fluide caloporteur peut être de l'air chauffé par des cannes chauffantes du deuxième convertisseur 104 d'énergie. Cela permet de consommer de l'énergie, notamment du réseau 106 de transport électrique qui alimente alors le deuxième convertisseur 104 d'énergie en énergie électrique.
  • Pour ces troisième et quatrième cas, l'accumulateur 103 peut comporter, comme pour les premier et deuxième cas, un volume de stockage de l'ordre de 70 000 m3 mais permettant de stocker plus d'énergie thermique si la température du deuxième fluide caloporteur en entrée de l'accumulateur 103 est augmentée par rapport au premier cas tout en conservant une température du deuxième fluide caloporteur en sortie l'accumulateur à 320°C. Si le deuxième fluide caloporteur est à 600°C à son entrée dans l'accumulateur 103, la capacité thermique de stockage de l'accumulateur 103 est portée à 9,2 GWh (au lieu de 6 GWh pour le premier cas). Si le deuxième fluide caloporteur est à 900°C à son entrée dans l'accumulateur 103, cette capacité est portée à 18,8 GWh pour le même volume de stockage de l'accumulateur 103. Ainsi, l'utilisation du deuxième convertisseur 104 d'énergie permet d'augmenter la densité énergétique de l'accumulateur 103 pour un même volume de stockage de ce dernier.
  • Ainsi, dans le cadre du troisième cas, les caractéristiques du dispositif 100 de production d'énergie électrique peuvent être identiques à celles décrites pour le premier cas à la seule différence que le deuxième convertisseur 104 d'énergie permet, en consommant une puissance électrique de 410 MW sur le réseau 106 de transport électrique, d'élever la température du deuxième fluide caloporteur de sorte qu'il atteigne 600°C à son entrée dans l'accumulateur 103. Sur une durée de 8 heures, le fonctionnement du deuxième convertisseur 104 d'énergie permet de stocker 3,2 GWh de plus que dans le cadre du premier cas et ce pour un même volume de stockage de l'accumulateur 103.
  • Ce troisième cas correspond à une situation pour laquelle le dispositif 100 de production d'énergie électrique fonctionne en période de demande basse et que de l'énergie électrique est disponible en surplus sur le réseau 106 de transport électrique.
  • Ainsi, ce troisième cas présente les avantages suivants en comparaison avec le premier cas :
    • augmenter la densité énergétique de l'accumulateur 103,
    • possibilité de réaliser du stockage massif d'électricité, sous forme d'énergie thermique, en vue de sa revente à un prix avantageux sans augmenter la taille de l'accumulateur 103 et en réutilisant une installation électrique existante avec un investissement minimal consistant en l'ajout d'une ou plusieurs épingles électriques.
  • Le quatrième cas correspond à une situation pour laquelle le dispositif 100 de production d'énergie électrique fonctionne en période de demande haute et consécutive au troisième cas. Pour ce quatrième cas, les différences avec le deuxième cas sont que :
    • le débit du deuxième fluide caloporteur est porté à 1940 kg/s ce qui permet de porter la température du deuxième fluide caloporteur à 600°C à son entrée dans le premier échangeur 112 thermique,
    • le premier fluide caloporteur présente, à sa sortie du premier échangeur 112 thermique, une température de 590°C,
    • le premier fluide caloporteur présente une température de 531 °C à son entrée dans le premier convertisseur 102 d'énergie,
    • l'accumulateur 103 permet de restituer 580 MW de puissance thermique à destination du premier convertisseur 102 d'énergie qui viennent s'additionner aux 1500 MW de puissance thermique fournie par la production courante de la source 101 de production d'énergie thermique d'où il résulte que 2080 MW de puissance thermique sont disponibles au premier convertisseur 102 d'énergie pour produire de l'énergie électrique à injecter sur le réseau 106 de transport électrique,
    • le débit du premier fluide caloporteur dans la deuxième partie 108 du premier circuit 107 est de 14300 kg/s,
    • le débit du premier fluide caloporteur dans la troisième partie 109 du premier circuit 107 est de 64760 kg/s.
  • Ainsi, dans les conditions visées ci-dessus, le quatrième cas permet en comparaison avec le deuxième cas :
    • une augmentation de la température du deuxième fluide à sa sortie l'accumulateur 103 et donc une augmentation accrue de la puissance électrique produite par le dispositif 100 de production d'énergie électrique,
    • une augmentation du rendement du premier convertisseur 102 d'énergie pour l'ensemble de la conversion vapeur en électricité, en effet fournir plus de puissance thermique au premier convertisseur 102 d'énergie en le soumettant à une température plus élevée permet d'obtenir un rendement plus élevé
    • une augmentation de la puissance électrique produite en « heures pleines » où le besoin en électricité est élevé ce qui permet éventuellement soit de vendre davantage d'électricité à des prix plus intéressants ou de diminuer la taille de l'accumulateur à puissance restituée identique.
  • Par ailleurs, les troisième et quatrième cas permettent d'utiliser le deuxième convertisseur 104 d'énergie en l'activant ou en le désactivant rapidement pour permettre de répondre à des sollicitations rapides permettant de réaliser un suivi de fréquence du réseau 106 de transport électrique sur lequel le premier convertisseur 102 d'énergie injecte l'énergie électrique qu'il produit.
  • La présente invention trouve une application industrielle dans la génération d'énergie électrique à injecter sur le, c'est-à-dire fournir au, réseau 106 de transport électrique.
  • Bien entendu ce qui s'applique au dispositif 100 de production d'énergie électrique peut s'appliquer à son procédé de fonctionnement, et inversement ce qui a été décrit dans le cadre du procédé de fonctionnement peut s'appliquer au dispositif 100 de production d'énergie électrique.
  • De préférence, le dispositif de production d'énergie électrique décrit permet de réaliser du stockage massif d'électricité en utilisant des installations (cycle de Rankine) qui fonctionnent en permanence, de façon modulée, au lieu de fonctionner par périodes dans une journée. Cela permet d'améliorer la rentabilité du dispositif de production d'énergie électrique dans le sens où il peut fonctionner sur une durée plus longue : l'intérêt peut donc être financier. Cela permet aussi d'éviter les arrêts et redémarrages du dispositif de production d'énergie.

Claims (15)

  1. Dispositif (100) de production d'énergie électrique comportant :
    - une source (101) de production d'énergie thermique,
    - un premier convertisseur (102) d'énergie configuré pour produire de l'énergie électrique en utilisant de l'énergie thermique,
    - un accumulateur (103) d'énergie thermique,
    - un deuxième convertisseur (104) d'énergie configuré pour convertir de l'énergie électrique en énergie thermique, le deuxième convertisseur (104) d'énergie étant agencé pour participer, à la demande, au stockage d'énergie thermique dans l'accumulateur (103),
    - une première configuration de fourniture d'énergie thermique pour fournir de l'énergie thermique, issue de la production courante de la source (101) de production d'énergie thermique, à l'accumulateur (103) et au premier convertisseur (102) d'énergie,
    caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième configuration de fourniture d'énergie thermique pour fournir, au premier convertisseur (102) d'énergie, de l'énergie thermique issue de l'accumulateur (103) et de l'énergie thermique issue de la production courante de la source (101) de production d'énergie thermique.
  2. Dispositif (100) de production d'énergie électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit (107) de circulation d'un fluide caloporteur auquel sont couplés thermiquement la source (101) de production d'énergie thermique, le premier convertisseur (102) d'énergie et l'accumulateur (103), ledit circuit (107) étant configuré pour :
    - distribuer, dans la première configuration, l'énergie thermique issue de la production courante de la source (101) de production d'énergie thermique vers le premier convertisseur (102) d'énergie et vers l'accumulateur (103), et
    - distribuer, dans la deuxième configuration, l'énergie thermique de issue de la production courante de la source (101) de production d'énergie thermique et l'énergie thermique issue de l'accumulateur (103) vers le premier convertisseur (102) d'énergie.
  3. Dispositif (100) de production d'énergie électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit (107) comporte une première partie (108), une deuxième partie (109) et une troisième partie (110), la source (101) de production d'énergie thermique étant couplée thermiquement à la première partie (108), l'accumulateur (103) étant couplé thermiquement à la deuxième partie (109), le premier convertisseur (102) d'énergie étant couplé thermiquement à la troisième partie (110).
  4. Dispositif (100) de production d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit circuit (107) de circulation du fluide caloporteur est un premier circuit (107) de circulation d'un premier fluide caloporteur et en ce que le dispositif (100) de production d'énergie électrique comporte :
    - un deuxième circuit (111) de circulation d'un deuxième fluide caloporteur, le deuxième circuit (111) étant configuré pour faire passer le deuxième fluide caloporteur par l'accumulateur (103),
    - un échangeur (112) thermique pour réaliser un échange thermique entre le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur.
  5. Dispositif (100) de production d'énergie électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que :
    - le dispositif (100) de production d'énergie électrique comporte un échangeur (114) thermique pour transférer de l'énergie thermique issue de la source (101) de production d'énergie thermique au premier fluide caloporteur,
    - le dispositif (100) de production d'énergie électrique comporte un troisième circuit (115) de circulation d'un troisième fluide caloporteur, le troisième circuit (115) étant configuré pour faire passer le troisième fluide caloporteur par la source (101) de production d'énergie thermique pour prélever de l'énergie thermique à cette source (101) de production d'énergie thermique, la source (101) de production d'énergie thermique étant un réacteur nucléaire refroidi par le troisième fluide caloporteur,
    et en ce que :
    - l'échangeur (114) thermique pour transférer de l'énergie thermique issue de la source (101) d'énergie thermique au premier fluide caloporteur est agencé de sorte à permettre un transfert thermique du troisième fluide caloporteur au premier fluide caloporteur, ou
    - le dispositif (100) de production d'énergie électrique comporte un quatrième circuit (116) de circulation d'un quatrième fluide caloporteur et un échangeur thermique (117) configuré pour permettre un transfert thermique du troisième fluide caloporteur au quatrième fluide caloporteur, l'échangeur (114) thermique pour transférer de l'énergie thermique issue de la source (101) d'énergie thermique au premier fluide caloporteur étant configuré pour permettre un transfert thermique du quatrième fluide caloporteur au premier fluide caloporteur, par exemple le troisième fluide caloporteur comporte du sodium liquide, par exemple le premier fluide caloporteur est dépourvu de sodium et est un fluide inerte vis-à-vis du sodium liquide, par exemple le premier fluide caloporteur comporte un alliage eutectique de plomb et de bismuth, par exemple le quatrième fluide caloporteur comporte du sodium liquide.
  6. Dispositif (100) de production d'énergie électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que :
    - le circuit (107) de circulation du fluide caloporteur est un premier circuit (107) de circulation d'un premier fluide caloporteur, le premier fluide caloporteur étant un gaz,
    - le dispositif (100) de production d'énergie électrique comporte un échangeur (114) thermique pour transférer de l'énergie thermique issue de la source (101) de production d'énergie thermique au premier fluide caloporteur,
    - le dispositif (100) de production d'énergie électrique comporte un deuxième circuit (115) de circulation d'un deuxième fluide caloporteur, le deuxième circuit (115) étant configuré pour faire passer le deuxième fluide caloporteur par la source (101) de production d'énergie thermique pour prélever de l'énergie thermique à cette source de production d'énergie (101) thermique,
    et en ce que :
    - l'échangeur (114) thermique pour transférer de l'énergie thermique issue de la source (101) d'énergie thermique au premier fluide caloporteur est agencé de sorte à permettre un transfert thermique du deuxième fluide caloporteur au premier fluide caloporteur, ou
    - le dispositif (100) de production d'énergie électrique comporte un troisième circuit (116) de circulation d'un troisième fluide caloporteur et un échangeur (117) thermique configuré pour permettre un transfert thermique du deuxième fluide caloporteur au troisième fluide caloporteur, l'échangeur (114) thermique pour transférer de l'énergie thermique issue de la source (101) d'énergie thermique au premier fluide caloporteur étant configuré pour permettre un transfert thermique du troisième fluide caloporteur au premier fluide caloporteur,
    la source (101) d'énergie thermique étant un réacteur nucléaire refroidi par le deuxième fluide caloporteur, le deuxième fluide caloporteur comportant du sodium liquide, le premier fluide caloporteur étant un fluide gazeux inerte vis-à-vis du sodium liquide, le premier circuit (107) étant configuré pour permettre le passage du premier fluide caloporteur au travers de l'accumulateur (103) lors de sa charge ou de la restitution d'énergie thermique par l'accumulateur (103).
  7. Dispositif (100) de production d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un module (118) de pilotage de son fonctionnement, par exemple le module (118) de pilotage est configuré pour choisir et mettre en œuvre l'une des première et deuxième configurations.
  8. Dispositif (100) de production d'énergie électrique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le module (118) de pilotage est configuré pour réaliser un ajustement du fonctionnement du dispositif (100) de production d'énergie électrique lorsqu'il adopte une configuration de fonctionnement choisie parmi l'une des première et deuxième configurations, ledit ajustement du fonctionnement étant dépendant d'un paramètre d'entrée du module (118) de pilotage.
  9. Dispositif (100) de production d'énergie électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le premier convertisseur (102) d'énergie étant destiné à être relié à un réseau (106) de transport électrique pour lui fournir de l'énergie électrique produite par ledit premier convertisseur (102) d'énergie, le paramètre d'entrée est une contrainte de fonctionnement à appliquer au dispositif (100) de production d'énergie électrique pour :
    - satisfaire une demande en énergie électrique à fournir au réseau (106) de transport électrique, ou
    - réaliser un suivi de fréquence du réseau (106) de transport électrique, de préférence par un pilotage adapté de la puissance consommée, depuis le réseau (106) de transport électrique, par le deuxième convertisseur (104) d'énergie.
  10. Dispositif (100) de production d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première configuration est telle qu'elle présente un mode de fonctionnement dans lequel le deuxième convertisseur (104) d'énergie est dans un état de fourniture d'énergie thermique de sorte à participer à la charge de l'accumulateur (103).
  11. Procédé de fonctionnement d'un dispositif (100) de production d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte :
    - une étape de production d'énergie thermique par la source (101) de production d'énergie thermique,
    - une étape de production d'énergie électrique par le premier convertisseur (102) d'énergie en utilisant de l'énergie thermique issue de la production courante d'énergie thermique de la source (101) de production d'énergie thermique.
  12. Procédé de fonctionnement selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de charge de l'accumulateur (103) en utilisant de l'énergie thermique issue de la production courante d'énergie thermique de la source (101) de production d'énergie thermique, l'étape de charge de l'accumulateur (103) étant mise en œuvre au cours de l'étape de production d'énergie électrique.
  13. Procédé de fonctionnement selon la revendication 12, caractérisé en ce que le deuxième convertisseur (104) d'énergie consomme de l'énergie électrique d'où il résulte la production d'énergie thermique par le deuxième convertisseur (104) d'énergie, l'accumulateur (103) étant chargé en utilisant l'énergie thermique produite par le deuxième convertisseur (104) d'énergie.
  14. Procédé de fonctionnement selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de restitution d'énergie thermique stockée dans l'accumulateur (103), et en ce que l'étape de production d'énergie électrique par le premier convertisseur (102) d'énergie utilise en outre de l'énergie thermique issue de l'énergie thermique restituée par l'accumulateur (103) pour produire ladite énergie électrique.
  15. Procédé de fonctionnement selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'ajustement du fonctionnement du dispositif (100) de production d'énergie électrique pour, dans la première configuration ou dans la deuxième configuration :
    - satisfaire une demande en énergie électrique à fournir à un réseau (106) de transport électrique, ou
    - réaliser un suivi de fréquence du réseau (106) de transport électrique auquel l'énergie électrique produite par le premier convertisseur (102) d'énergie est fournie,
    par exemple, le deuxième convertisseur (104) d'énergie étant alimenté électriquement par le réseau (106) de transport électrique, le suivi de fréquence est assuré en ajustant la puissance électrique absorbée par le deuxième convertisseur (104) d'énergie.
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