EP4048934A1 - Tank for storing energy in the form of pressurized gas, made of ultra high performance fibre-reinforced concrete - Google Patents

Tank for storing energy in the form of pressurized gas, made of ultra high performance fibre-reinforced concrete

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Publication number
EP4048934A1
EP4048934A1 EP20789600.2A EP20789600A EP4048934A1 EP 4048934 A1 EP4048934 A1 EP 4048934A1 EP 20789600 A EP20789600 A EP 20789600A EP 4048934 A1 EP4048934 A1 EP 4048934A1
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EP
European Patent Office
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layer
concrete
tank
metal
gas
Prior art date
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Pending
Application number
EP20789600.2A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Vivien Esnault
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Filing date
Publication date
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • the present invention relates to the field of energy storage in the form of pressurized gas, in particular large-volume containers for the storage of pressurized gas, such as used for the storage of energy by compressed air of the AACAES type ( from the English “Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage”) in which the storage of the air and the storage of the heat generated independently is provided.
  • a compressed air energy storage system (also called CAES, from “Adiabatic Compressed Air Energy Storage”) aims to store energy in the form of compressed air for later use.
  • energy particularly electrical energy
  • compressed air drives turbines, which can be connected to an electric generator.
  • AACAES from English “Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage” in which the air is stored at room temperature, and the heat due to the compression is also stored, separately, in a TES heat storage system ( from the English “Thermal Energy Storage”).
  • the heat stored in the TES is used to heat the air before it expands.
  • Such a compressed air energy storage system requires one or more tanks which are at least both resistant to the storage pressure and tight to the gas used (air). Pressure resistance is in particular an important issue since the compressed air storage pressures are at least equal to 100 bar in the last stage of the AACAES system, which has the highest pressure.
  • the use of all-steel tanks to withstand internal pressure is conventional. This is because steel has both sealing and pressure resistance properties.
  • the tightness is ensured from fairly small steel thicknesses (a few mm), it is necessary to use greater steel thicknesses when one wishes to store a fluid under high pressure (i.e. that is to say a pressure greater than 100 bar, and preferably of the order of 125 bar).
  • a cylindrical tank with a diameter of 56 ”(1422.4 mm) must have a minimum thickness of 33.5 mm to withstand an internal pressure of 125 bar (calculation according to the CODAP standard for a steel grade X80 ).
  • an all-steel tank is a technically and economically advantageous solution for low volumes at high pressure
  • an all-steel tank becomes unimaginable for large volumes at high pressure.
  • due to the cost of steel the economic profitability of the system is strongly penalized, but also the design of such a tank generates strong manufacturing constraints.
  • the larger the diameter of a spherical or cylindrical storage tank the greater the thickness required to hold the pressure.
  • the manufacture and especially the welding of an element having a very large thickness is not always feasible.
  • the storage of a large volume is done by assembling several elements of smaller dimensions, connected together. Having smaller dimensions, these elements are technically manufacturable and thus the manufacturing constraints are overcome.
  • the economic profitability of the system can be questioned due to the quantity of steel required and the assembly costs.
  • patent application FR 3055942 (WO 2018050455) describes a tank comprising a steel sealing layer, and a mechanical strength layer of concrete prestressed by metal wires in tension.
  • the present invention proposes to improve tanks made of prestressed concrete with a steel layer by using a particular concrete: ultra-high performance fiber-reinforced concrete (UHPC), also called in English ultra high performance concrete. (UHPC).
  • UHPC ultra-high performance fiber-reinforced concrete
  • UHPC concrete increases the resilience of the compressed gas tank. Indeed, the enclosure of the tank can be sized to withstand many scenarios likely to lead to the ruin of the structure: accidental overpressure of the tank, failure of one or more prestressed elements, failure of the waterproofing layer. causing the internal porosity of the concrete to be put under pressure, thermal contrast between the inside and the outside of the tank caused by exceptional climatic conditions or production incidents. From this point of view, the prestressed concrete layer in UHPFRC has a much better ability to survive these different loads without ruin. In addition, the inventors have demonstrated that the use of UHPFRC makes it possible to obtain a behavior of the concrete layer which can deform to create cracks which allow the gas to escape under pressure, but without exploding.
  • UHPFRC concrete is extremely expensive, infrequently used, and requiring specific tools and conditions for its implementation
  • the use of UHPFRC concrete is economically competitive for the production of a compressed gas reservoir for an energy storage application, according to the invention.
  • the cost of UHPFRC being much higher than that of conventional concrete, its use being intended for the construction of structures with very high added value, and its implementation being complex, do not encourage the use of UHPFRC.
  • the mechanical characteristics of UHPC concrete to realize a compressed gas tank for an energy storage application make it possible to considerably reduce the thickness of the concrete layer, as well as, in to a lesser extent, the amount of steel used to prestress the concrete layer.
  • the use of UHPC concrete makes it possible to produce a compressed gas tank at a compatible cost for an energy storage application, while maintaining better guarantees as to the safety and durability of the system.
  • the present invention relates to a tank for storing a pressurized gas, such as compressed air, said tank comprising at least one tubular element having a wall comprising a layer of prestressed concrete, at least one layer of circumferential mechanical reinforcement and a waterproofing layer.
  • the tank is characterized in that the concrete composing the prestressed concrete layer is chosen from ultra-high performance fiber-reinforced concretes.
  • the concrete making up the prestressed concrete layer can be chosen from ultra-high performance fiber-reinforced concretes defined by standard NF P18-470.
  • the concrete making up the prestressed concrete layer is chosen from ultra-high performance fiber-reinforced concretes comprising steel metal fibers and exhibiting a standardized compressive strength greater than 150 MPa.
  • the concrete making up the prestressed concrete layer is chosen from ultra-high performance fiber-reinforced concretes comprising steel metal fibers and exhibiting a tensile behavior defined as at least slightly strain-hardening within the meaning of NF P18-470 (class T2 ), preferably defined as highly strain hardening within the meaning of NF P18-470 (class T3).
  • the concrete making up the prestressed concrete layer can be chosen from ultra-high performance fiber-reinforced concretes meeting at least one of the following criteria:
  • the prestressed concrete comprises aggregates of different sizes, the maximum size of the aggregates being less than 7 mm, preferably less than 1 mm, and the content of aggregates having a grain size d50 ⁇ 5pm being at least greater than 50 kg / m 3 concrete,
  • the circumferential mechanical reinforcement layer may be composed of circumferential metal elements arranged around or in the layer of prestressed concrete, the circumferential metal elements being prestressed in tension.
  • the circumferential metal elements can be chosen from metal wires, metal bands, metal rings, metal cables.
  • the wall may further include a protective layer arranged on the outer surface of the prestressed concrete layer, the circumferential mechanical reinforcement layer possibly being embedded in the protective layer.
  • the wall may further comprise at least one layer of axial mechanical reinforcement composed of one or more longitudinal metal elements arranged in the layer of prestressed concrete, said one or more elements.
  • longitudinal metal being prestressed in tension.
  • Said one or more longitudinal metal elements can be chosen from a metal tube, metal wires, metal cables or metal bands.
  • said sealing layer may be chosen from a metal layer, in particular steel, a polymer layer, in particular polytetrafluoroethylene, or a juxtaposition of an internal sublayer in concrete and an outer sub-layer of metal, in particular of steel, or of polymer, in particular of polytetrafluoroethylene.
  • At least the layer of prestressed concrete and the layer of circumferential metal reinforcement and, optionally the layer of axial metal reinforcement if it is present, are dimensioned so that the tank withstands at least a pressure. greater than 100 bar and has an internal volume at least greater than 1000m 3 .
  • the invention also relates to a system for storing and restoring energy by compressed gas comprising at least one gas compression means, at least one pressurized gas storage tank according to the invention, and at least one expansion means. of said compressed gas to generate energy.
  • the invention also relates to a process for storing and restoring energy by compressed gas, in which the following steps are carried out: a) a gas is compressed; b) optionally, said compressed gas is cooled by heat exchange in a heat storage means; c) said optionally cooled gas is stored in a tank for storing pressurized gas according to the invention; d) optionally, said cooled compressed gas is heated by restitution of heat in said heat storage means; and e) said compressed and optionally heated gas is expanded to generate energy.
  • Figure 1 schematically illustrates a pressurized fluid reservoir according to one embodiment of the invention.
  • Figure 2 illustrate the current section of a tank according to different embodiments of the invention.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a compressed gas storage and return system according to the invention using a reservoir for the storage of pressurized gas according to the invention.
  • Figure 6 and, respectively, Figure 7 show the results of numerical simulations of the behavior of a tank with an ordinary concrete layer and, respectively, of a tank according to the invention in the event of rupture of longitudinal metal elements.
  • the present invention relates to a closed tank for storing a pressurized gas.
  • the reservoir may contain in particular a pressurized gas, for example compressed air.
  • the reservoir is suitable for any pressurized gas.
  • the reservoir comprises a current section closed on either side by a base and a cover.
  • the current section forms the side wall of the reservoir, and may have substantially a tubular shape, which may extend along a rectilinear axis.
  • the current section may be in the form of a tube, for example of a circular section, or a polygonal shape, for example octagonal.
  • the interior of the current section delimits the storage volume of the pressurized fluid.
  • the current section is made up of one or more tubular sections, assembled end to end by connection means.
  • the base and the cover are each assembled to a tubular section, by connection means.
  • connection means provide a sealed connection between two tubular sections, as well as between the base and a tubular section, as well as between the cover and a tubular section.
  • the base and / or the cover of the reservoir conventionally comprise orifices for the injection and / or the withdrawal of pressurized gas. Outside the orifices for the injection and / or withdrawal of gas, the tank is closed.
  • the tank may contain heat storage particles, allowing the heat contained in the gas to be stored. Thus, it is possible to realize more efficient energy storage.
  • FIG. 1 illustrates, schematically and in a nonlimiting manner, a reservoir according to one embodiment of the invention.
  • the tank has a running section 1, delimiting a storage volume A for storing pressurized gas and possibly heat storage particles.
  • the current section 1 has a tubular shape which extends along the right axis ZZ '.
  • the current section 1 of the tank is of cylindrical shape, of circular section.
  • the current section 1 is composed of several cylindrical sections 1a, 1b, ... 1c. The sections are assembled end to end, in a sealed manner, for example by welding.
  • the current section 1 is closed by a base 2.
  • the current section 1 is closed by a cover 3.
  • the base 2 and the cover 3 are shown flat. . However, they can take different forms, in particular hemispherical.
  • the tank is placed lying on a ground B. Alternatively, the tank can be partially or totally buried in the ground B or be placed vertically.
  • the tank according to the invention can have a storage volume greater than 1000 m 3, for example between 2000 m 3 and 10,000 m 3 .
  • the reservoir is made up of a running section 500 m to 2,000 m in length and a cylindrical tube 1 to 4 m in internal diameter.
  • the operation of storing pressurized gas, in particular pressurized air, can be carried out over cycles of a few hours (2h to 20h, preferably from 5h to 20h) or a few days (for example from 1 to 5 days).
  • the pressure varies between a low pressure between 40 and 80 bars, preferably between 60 and 80 bars) and a high pressure greater than 100 bars (for example between 100 and 150 bars, preferably between 115 and 135 bars).
  • a tank according to the invention has a storage capacity of 5000 m 3 , produced by an assembly of tube 2 m in internal diameter, over a length of 1000 m.
  • This reservoir can operate between a low pressure of around 75 bars, at a high pressure of around 125 bars, in order to store energy in the form of compressed air corresponding to an electrical power of the order of 10 MW on many hours.
  • the current section of the reservoir according to the invention is formed by a juxtaposition of concentric layers having specific functions. These layers are said to be juxtaposed and concentric because they are arranged around each other with no free space between them.
  • the diameter (or the distance to the center of the tank in the case of a non-circular section) inside an outer layer corresponds to the diameter (or the distance to the center of the tank in the case of a section non-circular) exterior of a internal layer consecutive to the external layer.
  • One layer forms a continuous wall in the shape of the running section.
  • the current section includes:
  • UHPC ultra-high performance fiber-reinforced concretes
  • the circumferential mechanical reinforcement layer is composed of circumferential metal elements arranged around or in the layer of prestressed concrete.
  • the circumferential metal elements can take several forms, for example metal wires, metal cables, metal bands, metal rings.
  • the metal elements are prestressed in tension and therefore impose a circumferential compressive prestress in the concrete layer at least when the tank is at rest (that is to say without containing gas under pressure).
  • the axial mechanical reinforcement layer comprises one or more longitudinal metal elements which extend along the axis of the tank and which are arranged in the layer of prestressed concrete and along the axis.
  • Said one or more longitudinal metal elements can take different forms, for example a metal tube, metal wires, metal cables, or metal bands.
  • Said one or more longitudinal metal elements are arranged within the concrete layer. In other words, said one or more longitudinal metal elements are embedded within the UHPC concrete.
  • Said one or more longitudinal metal elements are prestressed in tension and therefore impose a compression prestress in the direction of the axis of the tank, in the layer of prestressed concrete at least when the tank is at rest.
  • a protective layer to protect the external surface of the tank made for example with ordinary concrete, cement mortar, asphalt, or a polymer cover.
  • a waterproofing layer responsible for ensuring the gas-tightness of the tank, made for example of steel or polymer.
  • the concrete making up the prestressed concrete layer is chosen from Ultra-High Performance Fiber Concrete (UHPC), also called “Ultra High Performance Concrete” (UHPC).
  • UHPC are concretes, namely materials formed by mixing cement, sand, gravel and water, additives, additions and preferably metallic fibers, and whose properties are developed by hydration.
  • Ultra-high performance fiber-reinforced concretes used by the present invention can be defined by standard NF P18-470.
  • UHPCs are defined there as "concretes characterized by high compressive strength, greater than 130 MPa, beyond the scope of standard NF EN 206 / CN: 2014, by high post-cracking tensile strength. making it possible to obtain a ductile behavior in traction and whose non-brittleness makes it possible to calculate and produce structures and structural elements without using reinforced concrete reinforcements ”.
  • UHPC can be used with reinforced concrete reinforcements or prestressing reinforcements.
  • an ultra-high performance fiber-reinforced concrete (UHPC) of UHPC-S class within the meaning of standard NF P18-470 is chosen, namely:
  • UHPC therefore has post-cracking resistance properties which are conferred by steel fibers.
  • Steel fibers can be defined as "straight or deformed elements made from cold drawn wire, cut sheet metal, cast extracts, planed cold drawn wire or milled steel blocks".
  • the steel fibers can have the following geometric dimensions: diameter from 0.1 to 0.3 mm and a length between 10 to 20 mm.
  • a UHPC of the tensile behavior class T2 (little hardening) or T3 (very hardening) is chosen, according to the NF P18-470 standard.
  • UHPFRC having a composition meeting the following criteria, taken alone or in combination: - UHPC comprises aggregates of different sizes, the maximum size of the aggregates is less than 7 mm, preferably less than 1 mm.
  • UHPFRC is characterized by an upper size limit for the aggregates used: 7 mm maximum size, preferably 1 mm maximum size.
  • a grade 52.5 cement defined by standard NF EN 197-1 is used.
  • UHPC has a content of very fine particles with a grain size distribution d50 ⁇ 5pm of at least 50kg / m3 of concrete.
  • UHPC therefore has a granular skeleton optimized on several scales to promote the compactness of the stack.
  • the formulations are based for this on additions of very fine particles (d50 ⁇ 5 ⁇ m) such as silica fumes, ultra-fine siliceous or limestone fillers.
  • a very low water dosage a water / cement mass ratio of between 0.15 and 0.25.
  • a high additive content, in particular superplasticizers an additive content of between 10 to 35 kg in dry extract per m3 of concrete.
  • a fiber content for example metal or polymers, preferably metal, for example steel, at high dosages: between 2% and 10% by volume.
  • Total water between 15 and 25% by mass of the quantity of cement Compositions 1 and 2 are given by way of example:
  • the prestressed concrete layer is formed from prestressed concrete.
  • the prestressing is applied to the UHPC concrete by means of the circumferential mechanical reinforcement layer and possibly by the axial mechanical reinforcement layer.
  • UHPC concrete to make the tank according to the invention increases the resilience of the compressed gas tank.
  • the prestressed concrete layer in UHPFRC has a much better ability to survive without ruin during abnormal loads. Indeed, ordinary concretes exhibit a so-called "brittle" behavior which makes possible an explosive rupture of the concrete layer, for example in the event of failure of a longitudinal or axial metal element, or in the event of an impact on the concrete. outer surface of the tank.
  • the consequences of an explosive rupture of the concrete layer would be dramatic given the extremely large volumes and pressures applied during the operation of the tank according to the invention.
  • ordinary concrete we mean concrete within the meaning of standard NF EN 206, exhibiting a characteristic compressive strength of less than 100 MPa, and without the addition of fibers intended to give it ductility properties.
  • the choice of UHPC concrete makes it possible to increase the resilience of the tank according to the invention.
  • the UHPC concrete layer has a capacity to deform until it creates cracks which allow the pressurized gas to escape, but without exploding.
  • the fibers, as well as the composition of UHPFRC concrete allow deformation of the concrete until the appearance of cracks, without ruining the structure because the fibers maintain the structure and its mechanical resistance capacities even after the appearance of cracks.
  • the choice of UHPFRC concrete to produce the layer of prestressed concrete makes it possible to improve the maintenance over time of the mechanical strength of the tank according to the invention.
  • UHPC concretes have excellent resistance to fatigue and creep, compared to ordinary concrete, which is well suited to withstand significant mechanical stresses, cyclically and accompanied by temperature variation, which is specific to the use for which the reservoir according to the invention is intended: energy storage in the form of pressurized gas.
  • the layer of prestressed concrete can also provide a sealing function.
  • the choice of UHPC concrete to make the tank according to the invention has a much lower permeability (of the order of a hundred times lower) than that of ordinary concrete.
  • the layer of prestressed concrete in UHPFRC can be satisfactory for ensuring partial sealing against the gas contained in the tank.
  • the waterproofing capacities of the prestressed concrete layer UHPFRC allows the possibility of failure or partial degradation of the waterproofing layer and makes it possible to limit its restoration operations.
  • the prestressing exerted on the concrete should be dimensioned so as to ensure that the material is never subjected to tensile forces, even if the waterproofing layer is compromised.
  • this criterion turns out to be particularly restrictive, giving rise to oversizing in terms of concrete thickness and extremely large prestressing cable section, of the order of 60% in thickness according to certain estimates. Oversizing is much smaller when using UHPC (of the order of 20% in thickness), due to the greater compressive strength of the material which makes it more able to withstand significant pre-stresses.
  • the thinner walls of a UHPFRC tank have an advantage in terms of resistance to stresses of thermal origin.
  • the charge / discharge cycles of the tank cause the internal temperature to vary significantly (several tens of degrees ° C), and uncorrelated from the temperature. to which the outer wall is subjected.
  • a thermal gradient between the two walls is likely to cause cracking of the concrete on the cold wall, to the extent that the thermal contraction of the material on the wall is prevented by the rest of the structure, which is hotter.
  • a particularly critical case for our application concerns the filling of the tank (which causes the tank to be pressurized and the internal temperature to rise), while at the same time the outside temperature is low, or drops suddenly.
  • the wall is too thick to allow equalization of the temperatures between the internal and external faces, the thermal gradients generated are significant. It is possible to guard against cracking of the material on the external face by guaranteeing the presence of an external layer playing the role of thermal insulator, without any structural role. This role can optionally be fulfilled by the protective layer mentioned in this invention, if it proves to be sufficiently thick with respect to the temperature differences considered.
  • the thinner wall allows much better temperature conduction which limits the temperature differences between the internal and external faces.
  • the circumferential mechanical reinforcement layer is composed of circumferential metal elements arranged around or in the layer of prestressed concrete.
  • the circumferential metal elements can take several forms, for example metal wires, metal cables, metal bands, metal rings.
  • the circumferential tensile pre-stress can be obtained by winding under tension circumferential metal elements around the concrete tube, for example a winding of wires, cables or metal bands.
  • the circumferential metal elements are fitted into sheaths reserved in the concrete tube during the casting thereof. Ci, prestressed, then made integral with the concrete tube by the injection of a cement grout which fills the space left free in the concrete sheath.
  • the circumferential metal elements are arranged at the periphery, that is to say around and in contact, of the layer of prestressed concrete.
  • the circumferential metal elements can be embedded in the layer of prestressed concrete.
  • the circumferential metal elements are preferably arranged in half (the half is defined by the part obtained by delimiting the tube formed by the prestressed concrete layer in two halves corresponding to two concentric tubes, superimposed and of equal thickness ) of the prestressed concrete layer located on the outside of the tank.
  • the circumferential metal elements are prestressed in tension and therefore impose a circumferential compressive prestress in the concrete layer at least when the tank is at rest (i.e. without containing pressurized gas).
  • the circumferential mechanical reinforcement layer composed of the circumferential metal elements has the role of reducing the circumferential stress supported by the concrete layer when the tank according to the invention is put into service.
  • the circumferential mechanical reinforcement layer composed by the circumferential metal elements has the role of maintaining the concrete layer in a situation of compressive stress over the greatest range of internal pressure stress of the tank, which makes it possible to take maximum advantage of the excellent compressive strength characteristics of concrete and therefore minimize the thickness of the concrete layer.
  • the circumferential metal elements are made of metal, preferably of steel.
  • the circumferential metal elements can be regularly distributed in or on the concrete layer, to apply a homogeneous prestress on the concrete layer.
  • a tank according to the invention comprising a reinforcing layer Axial mechanics is a preferred embodiment of the invention, which allows the current section to take up the forces exerted by the pressurized gas on the base and the cover of the reservoir.
  • the axial mechanical reinforcement layer comprises one or more longitudinal metal elements which extend along the axis of the tank and which are arranged in the layer of prestressed concrete and along the axis of the tank.
  • Said one or more longitudinal metal elements can take different forms, for example a metal tube, metal wires, metal cables or metal bands.
  • Said one or more longitudinal metal elements are arranged within the concrete layer.
  • said one or more longitudinal metal elements are embedded within the UHPC concrete.
  • the longitudinal metal elements are preferably arranged on or in the vicinity of the median plane of the prestressed concrete layer (the median plane is defined as the plane equidistant from the internal surface and from the external surface of the tube). According to one embodiment, the longitudinal metal elements are arranged and distributed over two tubular planes, the diameters of which are inscribed in the layer of prestressed concrete.
  • Said one or more longitudinal metal elements are prestressed in tension and therefore impose a prestress in compression in the direction of the axis of the tank, in the layer of prestressed concrete at least when the tank is at rest.
  • the axial mechanical reinforcement layer composed by said one or more longitudinal metal elements has the role of reducing the axial stress supported by the concrete layer when the tank according to the invention is under high pressure.
  • the axial mechanical reinforcement layer composed by said one or more circumferential metal elements has the role of maintaining the concrete layer in a situation of compressive stress over the greatest range of internal pressure stress of the tank, this which makes it possible to take maximum advantage of the excellent compressive strength characteristics of concrete and therefore to minimize the thickness of the concrete layer.
  • said one or more longitudinal metal elements is made of metal, preferably of steel.
  • said one or more longitudinal metal elements can be regularly distributed in the concrete layer, to apply a homogeneous prestress on the concrete layer.
  • said one or more longitudinal metal elements is chosen to be tubular in shape, it performs a sealing function.
  • the tank does not include an additional waterproofing layer.
  • the sealing layer aims to contain gas, for example air, at all times in the tank. Only the connections (means of injection and withdrawal of pressurized gas) of the tank must influence the quantity of material present in the tank.
  • the waterproofing layer can be provided by a first sub-layer formed of concrete followed by a sub-layer formed of metal, preferably steel.
  • the role of the first concrete sub-layer is to protect, on the one hand, the internal face of the sub-layer formed from steel against physical and / or chemical damage (corrosion in particular), to prevent the collapse of the same sub-layer ( due to the pre-stresses applied to the steel wires) and, in general, resist the stress induced by the pressurized fluid.
  • the waterproofing layer can be provided directly by a metal layer, preferably steel, resistant to physical and / or chemical stresses and damage induced by the medium in contact.
  • the metal layer or the metal sublayer can be replaced directly by a polymer layer or sublayer resistant to the stresses and physical and / or chemical damage caused by the medium in contact (the pressurized fluid). Mention may be made, for example, of polytetrafluoroethylene PTFE. Making the underlayer in polymer reduces the weight and cost of the waterproofing layer, while making the underlayer in metal provides better mechanical characteristics.
  • the axial mechanical reinforcement layer and the sealing layer are formed by one and the same element composed of a steel tube.
  • the outer protective layer is intended to protect the chemical (corrosion type) and / or physical attacks of the circumferential metal elements, as well as of the UHPC concrete layer, of the tank according to the invention. Therefore, the outer protective layer can be concrete, for example ordinary concrete, or cement mortar, asphalt, polymer or any other protective material against chemical and / or physical attack.
  • This protective layer is therefore particularly advantageous when the layer of prestressed concrete comprises circumferential metal elements at the periphery.
  • this layer may not have a mechanical resistance function. This is why this layer can be thinner than the layer of prestressed concrete.
  • Figures 2, 3 and 4 illustrate, schematically and in a non-limiting manner, a running section 1 of a tank according to three embodiments of the invention.
  • Each of Figures 2, 3 and 4 is a three-dimensional sectional view of the current section 1.
  • the running section comprises a waterproofing layer 5, a mechanical resistance layer 6 of UHPC concrete covered with a circumferential mechanical reinforcement layer 8, and a protective layer 9.
  • the circumferential mechanical reinforcement layer 8 is composed of metal wires prestressed in tension and wound around the mechanical resistance layer 6.
  • the mechanical resistance layer 6 is crossed by metal wires. 7 composing the layer of axial mechanical reinforcement.
  • the metal wires 7 are prestressed in tension.
  • the metal wires making up the circumferential mechanical reinforcement layer 8 are regularly distributed over the length of the current section 1, and the metal wires making up the axial mechanical reinforcement layer 7 are regularly distributed over the circumference of the current section 1.
  • the layer of protection 9, for example made of cement mortar, serves in particular to protect the pre-stressed metal wires of layer 8 from corrosion.
  • the sealing layer 5 is pressed against the internal wall of the mechanical resistance layer 6.
  • the running section comprises a waterproofing layer 5, a mechanical resistance layer 6 made of UHPFRC concrete, a circumferential mechanical reinforcement layer 8 arranged within the UHPC concrete of the mechanical resistance layer 6.
  • the mechanical resistance layer 6 is crossed by metal wires 7 making up the axial mechanical reinforcement layer.
  • the metal wires 7 are prestressed in tension.
  • the metal wires 7 are arranged in the layer of mechanical resistance 6 at a distance X smaller than the distance Y of the metal wires 7 making up the layer of axial mechanical reinforcement, each of the distances X and Y being measured with respect to the axis of the tank.
  • the metal wires making up the circumferential mechanical reinforcement layer 8 are regularly distributed over the length of the running section 1, and the metal wires making up the axial resistance layer 8 are regularly distributed over the circumference of the running section 1.
  • the mechanical resistance layer 6 is crossed by a metal tube 7 making up the axial mechanical reinforcement layer.
  • the metal tube 7 is prestressed in tension along the axis of the reservoir.
  • the metal tube 7 has a radius of value X less than the distance Y, a distance measured with respect to the axis of the reservoir, at which the metal wires 8 making up the circumferential mechanical reinforcement layer are arranged.
  • the metal wires making up the circumferential mechanical reinforcement layer 8 are regularly distributed over the length of the running section 1.
  • the metal tube 7 also has the function of ensuring the tightness of the reservoir.
  • the invention also relates to a means for storing and restoring energy comprising at least one compression means, at least one expansion means, at least one heat storage means and at least one pressurized gas tank according to the invention.
  • a pressurized gas tank as described above is suitable for the high pressures of pressurized gas used in such a system.
  • the tank according to the invention makes it possible to considerably reduce the cost of the pressurized gas tank, which is particularly useful for energy storage and return means, the pressurized gas tank being a significant cost factor. of the energy storage and return means. It is particularly suitable for the operation of AACAES type systems.
  • the present invention also relates to a method of storage and return by compressed gas, in which the following steps are carried out: a) a gas is compressed, in particular by means of a compressor, b) optionally, the compressed gas is cooled by exchange. heat, in particular in a heat storage means, c) the compressed and possibly cooled gas is stored, in particular in a tank for the storage of a pressurized fluid according to the invention, d) optionally the gas is heated compressed stored, by heat exchange, in the heat storage means, e) the compressed and possibly heated gas is expanded to generate energy, for example by means of a turbine to produce electrical energy.
  • FIG. 5 illustrates a non-limiting example of a system for storing and restoring energy by compressed gas according to the invention, comprising a means for compressing the gas 21, a means for storing heat 22, a storage tank for a pressurized gas 23 according to the invention and a gas expansion means 24.
  • the arrows in solid lines illustrate the flow of gas during the compression stages (energy storage), and the dotted arrows illustrate gas circulation during the expansion stages (energy release).
  • the heat storage system 22 is interposed between the compression / expansion means 21 or 24 and the reservoir 23 according to the invention.
  • the air is first compressed in the compressor 21, then possibly cooled in the heat storage system 22.
  • the compressed and possibly cooled gas is stored in the tank. 23 according to the invention.
  • the heat storage system 22 stores heat during cooling of the compressed gas in the compression phase.
  • the compressed gas stored in the tank 23 according to the invention is optionally heated in the heat storage system 22. Then, in a conventional manner, the gas passes through a means of relaxation 24.
  • the system for storing and restoring energy by compressed gas according to the invention is not limited to the example of FIG. 5.
  • Other configurations can be envisaged: several stages of compression and / or expansion, '' use of reversible means ensuring compression and relaxation, etc.
  • UHPFRC tank UHPFRC tank according to the invention, without guarantee of integrity of the sealing layer
  • the concrete thickness, as well as the quantity and the distribution of the circumferential and axial metallic elements were established according to the maximum expected working pressure which was set at 125 bars, and taking into account the regulations. provided for by EUROCODES, in particular EUROCODE 4.
  • the volumes of material used are calculated on the basis of a reservoir of 5000 m 3 . Taking into account only the tubular section (no estimate of the needs concerning the tank bottom, or the civil engineering to support the structure).
  • Tanks dimensioned without guarantee of the waterproofing layer are thicker and use more prestressing steel, since a higher prestress must be imposed on the concrete in order to guarantee the absence of tensile stresses even in the event of pressurizing the internal porosity by the pressurized gas from the tank, to the maximum working pressure (125 bar).
  • the main characteristics of the R1A and R2A tanks are:
  • this example shows that the structure of the R2A tank is lighter than that of the R1A tank.
  • the mass of concrete required is drastically lower due to the very superior properties of UHPC concrete.
  • these high mechanical strengths also make it possible to reduce by about 10% the volumes of prestressing metal reinforcements required.
  • this example shows that the structure of the R2A tank is more expensive than the structure of the R1A tank: the additional cost in terms of materials is estimated at + 36%. This difference is relatively limited despite the fact that UHPC concrete has an estimated price of around 10 times higher than conventional concrete, as this additional cost is partially offset by the drastically lower volumes of concrete required, and the savings in terms of steel on the prestressing elements.
  • Examples 1 and 2 present the results of numerical simulations carried out in the case of simultaneous ruptures of seven circumferential metal elements, at the maximum operating pressure of 125 bar respectively for the reservoir R1A and R2A.
  • Figures 6 and 7 show, respectively for the tanks R1A and R2A, a section through the thickness of the layers of the tank, along a longitudinal plane.
  • Figures 6 and 7 show only the layer of prestressed concrete 6 as well as the circumferential mechanical reinforcement layer 8 which is made up of steel cables.
  • the left side of Figures 6 and 7 correspond to the center of the tank and the right side of Figures 6 and 7 correspond to the outside of the tank.
  • the gray level fields represent the plastic deformation which corresponds to the cracking of the concrete.

Landscapes

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Abstract

The present invention relates to a tank for storing pressurized gas, such as compressed air. The tank comprises at least one tubular element (1) having a wall comprising a layer of prestressed concrete (6), at least one circumferential mechanical reinforcing layer (8), at least one axial mechanical reinforcing layer (7) and a sealing layer (5). The concrete of which the layer of prestressed concrete is made is chosen from ultra high performance fibre-reinforced concretes.

Description

RESERVOIR DE STOCKAGE D’ENERGIE SOUS FORME DE GAZ SOUS PRESSION, EN BETON FIBRE A ULTRA HAUTE PERFORMANCE ENERGY STORAGE TANK IN THE FORM OF PRESSURIZED GAS, IN ULTRA HIGH PERFORMANCE FIBER CONCRETE
Domaine technique Technical area
La présente invention concerne le domaine du stockage d’énergie sous forme de gaz sous pression, en particulier les conteneurs de grand volume pour le stockage de gaz sous pression, tels qu’utilisés pour le stockage d’énergie par air comprimé de type AACAES (de l’anglais « Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage ») dans lequel est prévu le stockage de l’air et le stockage de la chaleur générée de manière indépendante. The present invention relates to the field of energy storage in the form of pressurized gas, in particular large-volume containers for the storage of pressurized gas, such as used for the storage of energy by compressed air of the AACAES type ( from the English “Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage”) in which the storage of the air and the storage of the heat generated independently is provided.
Un système de stockage d’énergie par air comprimé (aussi appelé CAES, de l’anglais « Adiabatic Compressed Air Energy Storage ») vise à stocker une énergie sous forme d'air comprimé, en vue d’une utilisation ultérieure. Pour le stockage, une énergie, notamment électrique, entraîne des compresseurs d’air, et pour le déstockage, l’air comprimé entraîne des turbines, qui peuvent être reliées à une génératrice électrique. A compressed air energy storage system (also called CAES, from "Adiabatic Compressed Air Energy Storage") aims to store energy in the form of compressed air for later use. For storage, energy, particularly electrical energy, drives air compressors, and for destocking, compressed air drives turbines, which can be connected to an electric generator.
Il existe différentes variantes de système de stockage d’énergie par air comprimé, qui ont pour objectif notamment d’améliorer le rendement de tels systèmes. On peut citer notamment les systèmes et procédés suivants : There are different variants of compressed air energy storage systems, one of which is to improve the efficiency of such systems. Mention may in particular be made of the following systems and methods:
• ACAES (de l’anglais « Adiabatic Compressed Air Energy Storage ») dans lequel l'air est stocké à la température due à la compression. • ACAES (from English "Adiabatic Compressed Air Energy Storage") in which air is stored at the temperature due to compression.
• AACAES (de l’anglais « Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage ») dans lequel l'air est stocké à température ambiante, et la chaleur due à la compression est également stockée, séparément, dans un système de stockage de la chaleur TES (de l’anglais « Thermal Energy Storage »). Dans ce cas, la chaleur stockée dans le TES est utilisée pour chauffer l’air avant sa détente. • AACAES (from English "Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage") in which the air is stored at room temperature, and the heat due to the compression is also stored, separately, in a TES heat storage system ( from the English “Thermal Energy Storage”). In this case, the heat stored in the TES is used to heat the air before it expands.
Technique antérieure Prior art
Un tel système de stockage d’énergie par air comprimé requiert un ou plusieurs réservoirs qui soient au moins à la fois résistant à la pression de stockage et étanche au gaz mis en oeuvre (l’air). La résistance à la pression est notamment un enjeu important puisque les pressions de stockage de l’air comprimé sont au moins égales à 100 bar dans le dernier étage du système AACAES, qui possède la pression la plus élevée. L’utilisation de réservoirs tout en acier pour résister à une pression interne est classique. En effet, l’acier a des propriétés à la fois d’étanchéité et de résistance à la pression. Toutefois, si l’étanchéité est assurée à partir d’épaisseurs d’acier assez faibles (quelques mm), il est nécessaire d’utiliser des épaisseurs d’acier plus importantes lorsque l’on veut stocker un fluide sous haute pression (c’est-à-dire une pression supérieure à 100 bar, et préférentiellement de l’ordre de 125 bar). Par exemple, un réservoir cylindrique de diamètre 56” (1422,4 mm) doit avoir une épaisseur minimale de 33,5 mm pour résister à une pression interne de 125 bar (calcul d’après la norme CODAP pour un grade d’acier X80). Such a compressed air energy storage system requires one or more tanks which are at least both resistant to the storage pressure and tight to the gas used (air). Pressure resistance is in particular an important issue since the compressed air storage pressures are at least equal to 100 bar in the last stage of the AACAES system, which has the highest pressure. The use of all-steel tanks to withstand internal pressure is conventional. This is because steel has both sealing and pressure resistance properties. However, if the tightness is ensured from fairly small steel thicknesses (a few mm), it is necessary to use greater steel thicknesses when one wishes to store a fluid under high pressure (i.e. that is to say a pressure greater than 100 bar, and preferably of the order of 125 bar). For example, a cylindrical tank with a diameter of 56 ”(1422.4 mm) must have a minimum thickness of 33.5 mm to withstand an internal pressure of 125 bar (calculation according to the CODAP standard for a steel grade X80 ).
Si un réservoir tout en acier est une solution techniquement et économiquement avantageuse pour de faibles volumes à haute pression, un réservoir entièrement en acier devient inenvisageable en cas d’importants volumes à haute pression. En effet, du fait du coût de l’acier, la rentabilité économique du système est fortement pénalisée, mais également la conception d’un tel réservoir engendre des contraintes de fabrication fortes. En effet, plus le diamètre d’un réservoir de stockage sphérique ou cylindrique est important, plus l’épaisseur nécessaire pour tenir la pression est importante. Pour de grands volumes de stockage, la fabrication et surtout le soudage d’un élément ayant une épaisseur très importante n’est pas toujours réalisable. Dans ce cas, le stockage d’un grand volume se fait par assemblage de plusieurs éléments de dimensions plus faibles, raccordés entre eux. Ayant des dimensions plus faibles, ces éléments sont techniquement fabricables et ainsi les contraintes de fabrication sont surmontées. En revanche, la rentabilité économique du système peut être mise en cause du fait de la quantité d’acier nécessaire et des coûts d’assemblage. While an all-steel tank is a technically and economically advantageous solution for low volumes at high pressure, an all-steel tank becomes unimaginable for large volumes at high pressure. Indeed, due to the cost of steel, the economic profitability of the system is strongly penalized, but also the design of such a tank generates strong manufacturing constraints. Indeed, the larger the diameter of a spherical or cylindrical storage tank, the greater the thickness required to hold the pressure. For large storage volumes, the manufacture and especially the welding of an element having a very large thickness is not always feasible. In this case, the storage of a large volume is done by assembling several elements of smaller dimensions, connected together. Having smaller dimensions, these elements are technically manufacturable and thus the manufacturing constraints are overcome. On the other hand, the economic profitability of the system can be questioned due to the quantity of steel required and the assembly costs.
Dans le but de remplacer les réservoirs tout en acier, des réservoirs formés de plusieurs couches, notamment en béton et en acier, ont été développés. In order to replace all-steel tanks, tanks formed from several layers, in particular concrete and steel, have been developed.
Par exemple, la demande de brevet FR 3055942 (WO 2018050455) décrit un réservoir comprenant une couche d’étanchéité en acier, et une couche de résistance mécanique en béton précontraint par des fils métalliques en traction. For example, patent application FR 3055942 (WO 2018050455) describes a tank comprising a steel sealing layer, and a mechanical strength layer of concrete prestressed by metal wires in tension.
L’inventeur a découvert que ce réservoir bien que présentant un avantage par rapport aux réservoirs tout en acier, présente des risques d’éclatement lors de son service. En effet, le comportement fragile des bétons rend le réservoir décrit par le document FR 3055942 sensible à une rupture explosive de sa paroi (par exemple en cas de défaillance d’un fil métallique en traction). Ce risque peut avoir des conséquences potentiellement dramatiques compte tenu des volumes et des pressions extrêmement importantes. Pour pallier à ces inconvénients, la présente invention propose d’améliorer les réservoirs réalisés en béton précontraint par une couche en acier en utilisant un béton particulier : le béton fibré à ultra-haute performance (BFUP), également nommé en anglais ultra high performance concrète (UHPC). The inventor has discovered that this tank, although having an advantage over all-steel tanks, presents risks of bursting during service. Indeed, the fragile behavior of concrete makes the tank described by document FR 3055942 sensitive to an explosive rupture of its wall (for example in the event of failure of a metal wire in tension). This risk can have potentially dramatic consequences given the extremely large volumes and pressures. To overcome these drawbacks, the present invention proposes to improve tanks made of prestressed concrete with a steel layer by using a particular concrete: ultra-high performance fiber-reinforced concrete (UHPC), also called in English ultra high performance concrete. (UHPC).
L’utilisation du béton BFUP permet d’augmenter la résilience du réservoir de gaz comprimé. En effet, l’enceinte du réservoir peut être dimensionnée pour résister à de nombreux cas de figures susceptibles d’engendre la ruine de la structure : surpression accidentelle du réservoir, défaillance d’un ou plusieurs éléments précontraints, défaillance de la couche d’étanchéité entraînant la mise sous pression de la porosité interne du béton, contraste thermique entre l’intérieur et l’extérieur du réservoir engendré par des conditions climatiques exceptionnelles ou des incidents de production. De ce point de vue, la couche en béton précontraint en BFUP présente une bien meilleure capacité à survivre sans ruine à ces différents chargements. De plus, les inventeurs ont mis en évidence que l’utilisation du BFUP permet d’obtenir un comportement de la couche en béton qui peut se déformer jusqu’à créer des fissures qui laisse fuir le gaz sous pression, mais sans exploser. The use of UHPC concrete increases the resilience of the compressed gas tank. Indeed, the enclosure of the tank can be sized to withstand many scenarios likely to lead to the ruin of the structure: accidental overpressure of the tank, failure of one or more prestressed elements, failure of the waterproofing layer. causing the internal porosity of the concrete to be put under pressure, thermal contrast between the inside and the outside of the tank caused by exceptional climatic conditions or production incidents. From this point of view, the prestressed concrete layer in UHPFRC has a much better ability to survive these different loads without ruin. In addition, the inventors have demonstrated that the use of UHPFRC makes it possible to obtain a behavior of the concrete layer which can deform to create cracks which allow the gas to escape under pressure, but without exploding.
Par ailleurs, malgré le fait que le béton BFUP est extrêmement cher, peu courant d’utilisation, et nécessitant des outillages et des conditions spécifiques pour sa mise en oeuvre, l’utilisation du béton BFUP s’avère compétitive du point de vue économique pour la réalisation de réservoir de gaz comprimé pour une application de stockage d’énergie, selon l’invention. En effet, le coût du BFUP étant largement supérieur à celui d’un béton classique, son utilisation étant destinée à la réalisation de structures à très haute valeur ajoutée, et sa mise en oeuvre étant complexe, n’incitent pas à utiliser le BFUP. Cependant, de manière surprenante, comme montré ci-après, les caractéristiques mécaniques du béton BFUP pour réaliser un réservoir de gaz comprimé pour une application de stockage d’énergie permettent de réduire considérablement l’épaisseur de la couche de béton, ainsi que, dans une moindre mesure, la quantité d’acier utilisée pour mettre en précontrainte la couche de béton. Ainsi l’utilisation du béton BFUP permet de réaliser un réservoir de gaz comprimé à un coût compatible pour une application de stockage d’énergie, tout en maintenant de meilleurs garanties quant à la sécurité et la durabilité du système. In addition, despite the fact that UHPFRC concrete is extremely expensive, infrequently used, and requiring specific tools and conditions for its implementation, the use of UHPFRC concrete is economically competitive for the production of a compressed gas reservoir for an energy storage application, according to the invention. Indeed, the cost of UHPFRC being much higher than that of conventional concrete, its use being intended for the construction of structures with very high added value, and its implementation being complex, do not encourage the use of UHPFRC. However, surprisingly, as shown below, the mechanical characteristics of UHPC concrete to realize a compressed gas tank for an energy storage application make it possible to considerably reduce the thickness of the concrete layer, as well as, in to a lesser extent, the amount of steel used to prestress the concrete layer. Thus, the use of UHPC concrete makes it possible to produce a compressed gas tank at a compatible cost for an energy storage application, while maintaining better guarantees as to the safety and durability of the system.
Résumé de l’invention Summary of the invention
Ainsi la présente invention concerne un réservoir de stockage d’un gaz sous pression, tel que l’air comprimé, ledit réservoir comprenant au moins un élément tubulaire ayant une paroi comportant une couche en béton précontraint, au moins une couche de renfort mécanique circonférentiel et une couche d’étanchéité. Le réservoir est caractérisé en ce que le béton composant la couche en béton précontraint est choisi parmi les bétons fibrés à ultra haute performance. Thus, the present invention relates to a tank for storing a pressurized gas, such as compressed air, said tank comprising at least one tubular element having a wall comprising a layer of prestressed concrete, at least one layer of circumferential mechanical reinforcement and a waterproofing layer. The tank is characterized in that the concrete composing the prestressed concrete layer is chosen from ultra-high performance fiber-reinforced concretes.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le béton composant la couche en béton précontraint peut être choisi parmi les bétons fibrés à ultra haute performance définis par la norme NF P18-470. Par exemple, le béton composant la couche en béton précontraint est choisi parmi les bétons fibrés à ultra haute performance comportant des fibres métalliques en acier et présentant une résistance en compression normalisée supérieure à 150 MPa. De préférence, le béton composant la couche en béton précontraint est choisi parmi les bétons fibrés à ultra haute performance comportant des fibres métalliques en acier et présentant un comportement en traction défini comme au moins faiblement écrouissant au sens de la NF P18-470 (classe T2), préférentiellement défini comme fortement écrouissant au sens de la NF P18-470 (classe T3). According to one embodiment of the invention, the concrete making up the prestressed concrete layer can be chosen from ultra-high performance fiber-reinforced concretes defined by standard NF P18-470. For example, the concrete making up the prestressed concrete layer is chosen from ultra-high performance fiber-reinforced concretes comprising steel metal fibers and exhibiting a standardized compressive strength greater than 150 MPa. Preferably, the concrete making up the prestressed concrete layer is chosen from ultra-high performance fiber-reinforced concretes comprising steel metal fibers and exhibiting a tensile behavior defined as at least slightly strain-hardening within the meaning of NF P18-470 (class T2 ), preferably defined as highly strain hardening within the meaning of NF P18-470 (class T3).
Selon un mode de réalisation de l’invention, le béton composant la couche en béton précontraint peut être choisi parmi les bétons fibrés à ultra haute performance répondant au moins un des critères suivants : According to one embodiment of the invention, the concrete making up the prestressed concrete layer can be chosen from ultra-high performance fiber-reinforced concretes meeting at least one of the following criteria:
- le béton précontraint comporte des granulats de différentes tailles, la taille maximum des granulats étant inférieure à 7 mm, de préférence inférieure à 1 mm, et la teneur en granulats ayant une taille de grains d50 < 5pm étant au moins supérieure 50 kg/m3 de béton, - the prestressed concrete comprises aggregates of different sizes, the maximum size of the aggregates being less than 7 mm, preferably less than 1 mm, and the content of aggregates having a grain size d50 <5pm being at least greater than 50 kg / m 3 concrete,
- une teneur en ciment comprise entre 700 et 1000 kg/m3 de béton, - a cement content of between 700 and 1000 kg / m 3 of concrete,
- un rapport massique eau/ciment compris entre 0,15 et 0,25, - a water / cement mass ratio of between 0.15 and 0.25,
- une teneur en additifs, en extrait sec, comprise entre 10 à 35 kg/m3 de béton, une teneur en fibres, comprise entre 2% et 10% en volume. - an additive content, in dry extract, of between 10 to 35 kg / m 3 of concrete, a fiber content of between 2% and 10% by volume.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la couche de renfort mécanique circonférentiel peut être composée d’éléments métalliques circonférentiels disposés autour de ou dans la couche de béton précontraint, les éléments métalliques circonférentiels étant précontraint en tension. Les éléments métalliques circonférentiels peuvent être choisis parmi des fils métalliques, des bandes métalliques, des anneaux métalliques, des câbles métalliques.According to one embodiment of the invention, the circumferential mechanical reinforcement layer may be composed of circumferential metal elements arranged around or in the layer of prestressed concrete, the circumferential metal elements being prestressed in tension. The circumferential metal elements can be chosen from metal wires, metal bands, metal rings, metal cables.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la paroi peut comporter en outre une couche de protection disposée sur la surface externe de la couche en béton précontraint, la couche de renfort mécanique circonférentiel pouvant être noyée dans la couche de protection. According to one embodiment of the invention, the wall may further include a protective layer arranged on the outer surface of the prestressed concrete layer, the circumferential mechanical reinforcement layer possibly being embedded in the protective layer.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la paroi peut comporter en outre au moins une couche de renfort mécanique axial composée d’un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux disposés dans la couche de béton précontraint, ledit un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux étant précontraint en tension. Ledit un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux peut être choisi parmi un tube métallique, des fils métalliques, des câbles métalliques ou des bandes métalliques. According to one embodiment of the invention, the wall may further comprise at least one layer of axial mechanical reinforcement composed of one or more longitudinal metal elements arranged in the layer of prestressed concrete, said one or more elements. longitudinal metal being prestressed in tension. Said one or more longitudinal metal elements can be chosen from a metal tube, metal wires, metal cables or metal bands.
Selon un mode de réalisation de l’invention, ladite couche d’étanchéité peut être choisie parmi une couche en métal, notamment en acier, une couche en polymère, notamment en polytétrafluoroéthylène, ou d’une juxtaposition d’une sous-couche interne en béton et d’une sous-couche externe en métal, notamment en acier, ou en polymère, notamment en polytétrafluoroéthylène. According to one embodiment of the invention, said sealing layer may be chosen from a metal layer, in particular steel, a polymer layer, in particular polytetrafluoroethylene, or a juxtaposition of an internal sublayer in concrete and an outer sub-layer of metal, in particular of steel, or of polymer, in particular of polytetrafluoroethylene.
Selon un mode de réalisation de l’invention, au moins la couche de béton précontraint et la couche de renfort métallique circonférentiel et, éventuellement la couche de renfort métallique axial si elle est présente, sont dimensionnées pour que le réservoir résiste à une pression au moins supérieure à 100 bar et présente un volume intérieur au moins supérieur à 1000m3. According to one embodiment of the invention, at least the layer of prestressed concrete and the layer of circumferential metal reinforcement and, optionally the layer of axial metal reinforcement if it is present, are dimensioned so that the tank withstands at least a pressure. greater than 100 bar and has an internal volume at least greater than 1000m 3 .
L’invention concerne également un système de stockage et de restitution d’énergie par gaz comprimé comportant au moins un moyen de compression de gaz, au moins un réservoir de stockage de gaz sous pression selon l’invention, et au moins un moyen de détente dudit gaz comprimé pour générer une énergie. The invention also relates to a system for storing and restoring energy by compressed gas comprising at least one gas compression means, at least one pressurized gas storage tank according to the invention, and at least one expansion means. of said compressed gas to generate energy.
L’invention concerne également un procédé de stockage et de restitution d’énergie par gaz comprimé, dans lequel on réalise les étapes suivantes : a) on comprime un gaz; b) éventuellement, on refroidit ledit gaz comprimé par échange de chaleur dans un moyen de stockage de la chaleur; c) on stocke ledit gaz éventuellement refroidi dans un réservoir pour le stockage d’un gaz sous pression selon l’invention; d) éventuellement, on chauffe ledit gaz comprimé refroidi par restitution de la chaleur dans ledit moyen de stockage de la chaleur ; et e) on détend ledit gaz comprimé et éventuellement chauffé pour générer une énergie.The invention also relates to a process for storing and restoring energy by compressed gas, in which the following steps are carried out: a) a gas is compressed; b) optionally, said compressed gas is cooled by heat exchange in a heat storage means; c) said optionally cooled gas is stored in a tank for storing pressurized gas according to the invention; d) optionally, said cooled compressed gas is heated by restitution of heat in said heat storage means; and e) said compressed and optionally heated gas is expanded to generate energy.
D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après. Liste des figures Other characteristics and advantages of the method according to the invention will become apparent on reading the following description of non-limiting examples of embodiments, with reference to the appended figures and described below. List of Figures
La figure 1 illustre schématiquement un réservoir de fluide sous pression selon un mode de réalisation de l’invention. Figure 1 schematically illustrates a pressurized fluid reservoir according to one embodiment of the invention.
La figure 2, la figure 3 et la figure 4 illustrent la section courante d’un réservoir selon différents modes de réalisation de l’invention. Figure 2, Figure 3 and Figure 4 illustrate the current section of a tank according to different embodiments of the invention.
La figure 5 présente un exemple de réalisation d’un système de stockage et de restitution par gaz comprimé selon l’invention mettant en oeuvre un réservoir pour le stockage de gaz sous pression selon l’invention. FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a compressed gas storage and return system according to the invention using a reservoir for the storage of pressurized gas according to the invention.
La figure 6 et, respectivement, la figure 7 représentent les résultats de simulations numériques du comportement d’un réservoir avec une couche en béton ordinaire et, respectivement, d’un réservoir selon l’invention en cas de rupture d’éléments métalliques longitudinaux. Figure 6 and, respectively, Figure 7 show the results of numerical simulations of the behavior of a tank with an ordinary concrete layer and, respectively, of a tank according to the invention in the event of rupture of longitudinal metal elements.
Description des modes de réalisation Description of the embodiments
La présente invention concerne un réservoir fermé de stockage d’un gaz sous pression. Le réservoir peut contenir notamment un gaz sous pression, et par exemple de l’air comprimé. Toutefois, le réservoir est adapté à tout gaz sous pression. The present invention relates to a closed tank for storing a pressurized gas. The reservoir may contain in particular a pressurized gas, for example compressed air. However, the reservoir is suitable for any pressurized gas.
Le réservoir comprend une section courante fermée de part et d’autre par une base et un couvercle. La section courante forme la paroi latérale du réservoir, et peut avoir sensiblement une forme tubulaire, qui peut s’étendre selon un axe rectiligne. La section courante peut être en forme de tube, par exemple de section de forme circulaire, ou une forme polygonale, par exemple octogonale. L’intérieur de la section courante délimite le volume de stockage du fluide sous pression. La section courante est composée de un ou plusieurs tronçons tubulaires, assemblés bout à bout par des moyens de raccordement. La base et le couvercle sont chacun assemblés à un tronçon tubulaire, par des moyens de raccordement. Les moyens de raccordement réalisent une liaison étanche entre deux tronçons tubulaires, ainsi que entre la base et un tronçon tubulaire, ainsi que entre le couvercle et un tronçon tubulaire. La base et/ou le couvercle du réservoir comportent classiquement des orifices pour l’injection et/ou le soutirage du gaz sous pression. En dehors des orifices pour l’injection et/ou le soutirage du gaz, le réservoir est fermé. Pour certaines applications du réservoir, le réservoir peut contenir des particules de stockage de chaleur, permettant de stocker la chaleur contenue dans le gaz. Ainsi, il est possible de réaliser un stockage d’énergie plus efficace. La figure 1 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un réservoir selon un mode de réalisation de l’invention. Le réservoir comporte une section courante 1 , délimitant un volume de stockage A pour le stockage du gaz sous pression et éventuellement de particules de stockage de la chaleur. La section courante 1 a une forme tubulaire qui s’étend selon l’axe droit ZZ’. En référence à la figure 1 , la section courante 1 du réservoir est de forme cylindrique, de section circulaire. La section courante 1 est composée de plusieurs tronçons cylindriques 1a, 1b, ... 1c. Les tronçons sont assemblés bout à bout, de manière étanche, par exemple par soudage. A l’une de ses extrémités, la section courante 1 est fermée par une base 2. A son autre extrémité, la section courante 1 est fermée par un couvercle 3. Pour simplifier la figure, la base 2 et le couvercle 3 sont représentés plats. Toutefois, ils peuvent prendre différentes formes, notamment hémisphériques. Pour le mode de réalisation représenté par la figure 1 , le réservoir est disposé couché sur un sol B. Alternativement, le réservoir peut être partiellement ou totalement enterré dans le sol B ou être disposé verticalement. The reservoir comprises a current section closed on either side by a base and a cover. The current section forms the side wall of the reservoir, and may have substantially a tubular shape, which may extend along a rectilinear axis. The current section may be in the form of a tube, for example of a circular section, or a polygonal shape, for example octagonal. The interior of the current section delimits the storage volume of the pressurized fluid. The current section is made up of one or more tubular sections, assembled end to end by connection means. The base and the cover are each assembled to a tubular section, by connection means. The connection means provide a sealed connection between two tubular sections, as well as between the base and a tubular section, as well as between the cover and a tubular section. The base and / or the cover of the reservoir conventionally comprise orifices for the injection and / or the withdrawal of pressurized gas. Outside the orifices for the injection and / or withdrawal of gas, the tank is closed. For some tank applications, the tank may contain heat storage particles, allowing the heat contained in the gas to be stored. Thus, it is possible to realize more efficient energy storage. FIG. 1 illustrates, schematically and in a nonlimiting manner, a reservoir according to one embodiment of the invention. The tank has a running section 1, delimiting a storage volume A for storing pressurized gas and possibly heat storage particles. The current section 1 has a tubular shape which extends along the right axis ZZ '. Referring to Figure 1, the current section 1 of the tank is of cylindrical shape, of circular section. The current section 1 is composed of several cylindrical sections 1a, 1b, ... 1c. The sections are assembled end to end, in a sealed manner, for example by welding. At one of its ends, the current section 1 is closed by a base 2. At its other end, the current section 1 is closed by a cover 3. To simplify the figure, the base 2 and the cover 3 are shown flat. . However, they can take different forms, in particular hemispherical. For the embodiment shown in FIG. 1, the tank is placed lying on a ground B. Alternatively, the tank can be partially or totally buried in the ground B or be placed vertically.
Afin de pouvoir servir en tant que système de réservoir de stockage d’énergie sous forme de gaz comprimé, le réservoir selon l’invention peut présenter un volume de stockage supérieur à 1000 m3 par exemple entre 2000 m3 et 10 000m3. Par exemple le réservoir est composé d’une section courante de 500 m à 2 000 m de longueur et de tube cylindrique de 1 à 4 m de diamètre intérieur. L’opération de stockage du gaz sous pression, en particulier de l’air sous pression, peut être réalisée sur des cycles de quelques heures (2h à 20h, de préférence de 5h à 20h) ou quelques jours (par exemple de 1 à 5 jours). Lors d’un cycle la pression varie entre une pression basse comprise entre 40 et 80 bars, de préférence entre 60 et 80 bars) et une pression haute supérieure à 100 bars (par exemple entre 100 et 150 bars, de préférence entre 115 et 135 bars). Typiquement, un exemple de réservoir selon l’invention présente une capacité de stockage de 5000 m3 , réalisé par un assemblage de tube de 2m de diamètre intérieur, sur une longueur de 1000 m. Ce réservoir peut fonctionner entre une pression basse d’environ 75 bars, à une pression haute d’environ 125 bars, afin de stocker de l’énergie sous forme d’air comprimé correspondant à une puissance électrique de l’ordre de 10 MW sur plusieurs heures. In order to be able to serve as an energy storage tank system in the form of compressed gas, the tank according to the invention can have a storage volume greater than 1000 m 3, for example between 2000 m 3 and 10,000 m 3 . For example, the reservoir is made up of a running section 500 m to 2,000 m in length and a cylindrical tube 1 to 4 m in internal diameter. The operation of storing pressurized gas, in particular pressurized air, can be carried out over cycles of a few hours (2h to 20h, preferably from 5h to 20h) or a few days (for example from 1 to 5 days). During a cycle, the pressure varies between a low pressure between 40 and 80 bars, preferably between 60 and 80 bars) and a high pressure greater than 100 bars (for example between 100 and 150 bars, preferably between 115 and 135 bars). Typically, an example of a tank according to the invention has a storage capacity of 5000 m 3 , produced by an assembly of tube 2 m in internal diameter, over a length of 1000 m. This reservoir can operate between a low pressure of around 75 bars, at a high pressure of around 125 bars, in order to store energy in the form of compressed air corresponding to an electrical power of the order of 10 MW on many hours.
La section courante du réservoir selon l’invention est formée par une juxtaposition de couches concentriques ayant des fonctions propres. Ces couches sont dites juxtaposées et concentriques car elles sont disposées les unes autour des autres sans espace libre entre elles. En d’autres termes, le diamètre (ou la distance au centre du réservoir dans le cas d’une section non circulaire) intérieur d’une couche externe correspond au diamètre (ou la distance au centre du réservoir dans le cas d’une section non circulaire) extérieur d’une couche interne consécutive à la couche externe. Une couche forme une paroi continue ayant la forme de la section courante. The current section of the reservoir according to the invention is formed by a juxtaposition of concentric layers having specific functions. These layers are said to be juxtaposed and concentric because they are arranged around each other with no free space between them. In other words, the diameter (or the distance to the center of the tank in the case of a non-circular section) inside an outer layer corresponds to the diameter (or the distance to the center of the tank in the case of a section non-circular) exterior of a internal layer consecutive to the external layer. One layer forms a continuous wall in the shape of the running section.
Selon l’invention, la section courante comporte : According to the invention, the current section includes:
- Une couche de béton précontraint, le béton étant choisi parmi les bétons fibrés à ultra- haute performance (BFUP) - A layer of prestressed concrete, the concrete being chosen from ultra-high performance fiber-reinforced concretes (UHPC)
- Une couche de renfort mécanique circonférentiel. De manière générale la couche de renfort mécanique circonférentiel est composée d’éléments métalliques circonférentiels disposés autour de ou dans la couche de béton précontraint. Les éléments métalliques circonférentiels peuvent prendre plusieurs formes, par exemple des fils métalliques, des câbles métalliques, des bandes métalliques, des anneaux métalliques. Les éléments métalliques sont précontraints en tension et imposent donc une précontrainte de compression circonférentielle dans la couche de béton au moins lorsque le réservoir est au repos (c’est-à-dire sans contenir de gaz sous pression). - A layer of circumferential mechanical reinforcement. In general, the circumferential mechanical reinforcement layer is composed of circumferential metal elements arranged around or in the layer of prestressed concrete. The circumferential metal elements can take several forms, for example metal wires, metal cables, metal bands, metal rings. The metal elements are prestressed in tension and therefore impose a circumferential compressive prestress in the concrete layer at least when the tank is at rest (that is to say without containing gas under pressure).
- Eventuellement, une couche de renfort mécanique axial. De manière générale la couche de renfort mécanique axial comporte un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux qui s’étendent selon l’axe du réservoir et qui sont disposés dans la couche de béton précontraint et selon l’axe. Ledit un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux peuvent prendre différentes formes, par exemple un tube métallique, des fils métalliques, des câbles métalliques, ou des bandes métalliques. Ledit un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux sont disposés au sein de la couche de béton. En d’autres termes ledit un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux sont noyés au sein du béton BFUP. Ledit un ou plusieurs éléments métallique longitudinaux sont précontraints en tension et imposent donc une précontrainte en compression dans le sens de l’axe du réservoir, dans la couche de béton précontraint au moins lorsque le réservoir est au repos. - Optionally, a layer of axial mechanical reinforcement. In general, the axial mechanical reinforcement layer comprises one or more longitudinal metal elements which extend along the axis of the tank and which are arranged in the layer of prestressed concrete and along the axis. Said one or more longitudinal metal elements can take different forms, for example a metal tube, metal wires, metal cables, or metal bands. Said one or more longitudinal metal elements are arranged within the concrete layer. In other words, said one or more longitudinal metal elements are embedded within the UHPC concrete. Said one or more longitudinal metal elements are prestressed in tension and therefore impose a compression prestress in the direction of the axis of the tank, in the layer of prestressed concrete at least when the tank is at rest.
- Eventuellement une couche de protection pour protéger la surface externe du réservoir, réalisée par exemple avec un béton ordinaire, un mortier de ciment, de l’asphalte, ou une couverture en polymères. - Optionally a protective layer to protect the external surface of the tank, made for example with ordinary concrete, cement mortar, asphalt, or a polymer cover.
- Une couche d’étanchéité, chargée d’assurer l’étanchéité au gaz du réservoir, réalisée par exemple en acier ou en polymère. - A waterproofing layer, responsible for ensuring the gas-tightness of the tank, made for example of steel or polymer.
Dans la suite de la description, différentes variantes de réalisation des différentes couches de la section courante sont détaillées. Ces variantes peuvent être combinées entre elles de manière à combiner leurs effets. La couche de béton précontraint permet la résistance à la pression et à ses variations dans le temps du gaz sous pression dans le réservoir. In the remainder of the description, different variant embodiments of the different layers of the current section are detailed. These variants can be combined with each other so as to combine their effects. The prestressed concrete layer allows resistance to pressure and its variations over time of the pressurized gas in the tank.
Selon l’invention, le béton composant la couche de béton précontraint est choisi parmi les Bétons Fibrés à Ultra-haute Performance (BFUP), également nommé en anglais « Ultra High Performance Concrète » (UHPC). Les BFUP sont des bétons, à savoir des matériaux formés par mélange de ciment, de sable, de gravillons et d’eau, d’adjuvants, d’additions et de fibres de préférence métallique, et dont les propriétés se développent par hydratation. According to the invention, the concrete making up the prestressed concrete layer is chosen from Ultra-High Performance Fiber Concrete (UHPC), also called "Ultra High Performance Concrete" (UHPC). UHPC are concretes, namely materials formed by mixing cement, sand, gravel and water, additives, additions and preferably metallic fibers, and whose properties are developed by hydration.
Les bétons fibrés à ultra-haute performance (BFUP) mis en oeuvre par la présente invention peuvent être définis par la norme NF P18-470. Les BFUP y sont définis comme des « bétons caractérisés par une résistance à la compression élevée, supérieure à 130 MPa, au-delà du domaine d’application de la norme NF EN 206/CN:2014, par une résistance en traction post fissuration importante permettant d’obtenir un comportement ductile en traction et dont la non-fragilité permet de calculer et de réaliser des structures et éléments de structure sans utiliser d’armatures de béton armé ». Bien entendu, les BFUP peuvent être utilisés avec des armatures de béton armé ou des armatures de pré-contrainte. Ultra-high performance fiber-reinforced concretes (UHPC) used by the present invention can be defined by standard NF P18-470. UHPCs are defined there as "concretes characterized by high compressive strength, greater than 130 MPa, beyond the scope of standard NF EN 206 / CN: 2014, by high post-cracking tensile strength. making it possible to obtain a ductile behavior in traction and whose non-brittleness makes it possible to calculate and produce structures and structural elements without using reinforced concrete reinforcements ”. Of course, UHPC can be used with reinforced concrete reinforcements or prestressing reinforcements.
Plus précisément, selon un mode de réalisation de l’invention, on choisit un béton fibré à ultra-haute performance (BFUP) de classe BFUP-S au sens de la norme NF P18-470, à savoir : More specifically, according to one embodiment of the invention, an ultra-high performance fiber-reinforced concrete (UHPC) of UHPC-S class within the meaning of standard NF P18-470 is chosen, namely:
- Un BFUP comportant des fibres en aciers. Ainsi le BFUP présente des propriétés de résistance post-fissuration qui sont conférées par des fibres d’acier. Les fibres d’acier peuvent être définies comme des « éléments droits ou déformés provenant de fil étiré à froid, de tôle découpée, d’extraits de coulée, de fil étiré à froid raboté ou de blocs d’acier fraisés ». Les fibres en aciers peuvent présenter des dimensions géométriques suivantes : diamètre de 0,1 à 0,3 mm et une longueur comprise entre 10 à 20 mm. - UHPFRC comprising steel fibers. UHPC therefore has post-cracking resistance properties which are conferred by steel fibers. Steel fibers can be defined as "straight or deformed elements made from cold drawn wire, cut sheet metal, cast extracts, planed cold drawn wire or milled steel blocks". The steel fibers can have the following geometric dimensions: diameter from 0.1 to 0.3 mm and a length between 10 to 20 mm.
- Un BFUP présentant une résistance en compression supérieure à 150 MPa, mesurée selon la norme NF EN 12390-3:2012. - UHPC with a compressive strength greater than 150 MPa, measured according to standard NF EN 12390-3: 2012.
De préférence, on choisit un BFUP de classe de comportement en traction T2 (peu écrouissant), ou T3 (très écrouissant), selon la norme NF P18-470. Preferably, a UHPC of the tensile behavior class T2 (little hardening) or T3 (very hardening) is chosen, according to the NF P18-470 standard.
Selon un mode de réalisation de l’invention, on peut choisir un BFUP ayant une composition répondant aux critères suivants, pris seuls ou en combinaison : - Le BFUP comporte des granulats de différentes tailles, la taille maximum des granulats est inférieure à 7 mm, de préférence inférieur à 1 mm. Ainsi le BFUP est caractérisé par une limite de taille supérieure pour les granulats utilisés : 7 mm de taille maximale, préférentiellement 1 mm de taille maximale. According to one embodiment of the invention, it is possible to choose a UHPFRC having a composition meeting the following criteria, taken alone or in combination: - UHPC comprises aggregates of different sizes, the maximum size of the aggregates is less than 7 mm, preferably less than 1 mm. Thus UHPFRC is characterized by an upper size limit for the aggregates used: 7 mm maximum size, preferably 1 mm maximum size.
- Une teneur en ciment comprise entre 700 et 1000 kg/m3 de béton, c’est-à-dire une teneur très élevés en ciment. De préférence, on utilise un ciment de grade 52.5 défini par la norme NF EN 197-1. - A cement content of between 700 and 1000 kg / m3 of concrete, that is to say a very high cement content. Preferably, a grade 52.5 cement defined by standard NF EN 197-1 is used.
- Le BFUP comporte une teneur de particules très fines présentant une distribution de taille de grains d50 < 5pm d’au moins 50kg/m3 de béton. Ainsi le BFUP présente un squelette granulaire optimisé sur plusieurs échelles pour favoriser la compacité de l’empilement. Les formulations s’appuie pour cela sur des additions de particules très fines (d50 < 5 pm) comme les fumées de silice, les fillers siliceux ou calcaire ultrafins. - UHPC has a content of very fine particles with a grain size distribution d50 <5pm of at least 50kg / m3 of concrete. UHPC therefore has a granular skeleton optimized on several scales to promote the compactness of the stack. The formulations are based for this on additions of very fine particles (d50 <5 µm) such as silica fumes, ultra-fine siliceous or limestone fillers.
- Un dosage en eau très faible : un rapport massique eau/ciment compris entre 0,15 et 0,25. - A very low water dosage: a water / cement mass ratio of between 0.15 and 0.25.
- Une teneur élevée en additifs, en particulier les superplastifiants : une teneur en additifs comprise entre 10 à 35 kg en extrait sec par m3 de béton. - A high additive content, in particular superplasticizers: an additive content of between 10 to 35 kg in dry extract per m3 of concrete.
- Une teneur en fibres, par exemple métalliques ou polymères, de préférence métallique, par exemple en acier, à des dosages élevés : entre 2% et 10% en volume. - A fiber content, for example metal or polymers, preferably metal, for example steel, at high dosages: between 2% and 10% by volume.
Selon un exemple de réalisation de l’invention, on peut choisir un BFUP répondant à la composition suivante (bien entendu la composition est donnée lors de la préparation duAccording to an exemplary embodiment of the invention, it is possible to choose a UHPFRC corresponding to the following composition (of course the composition is given during the preparation of
BFUP ou autrement dit à la gâche) : UHPC or in other words to the strike):
- Ciment (par exemple de classe 52.5 ou analogue) : 700 à 1000 kg/m3 - Cement (eg class 52.5 or similar): 700 to 1000 kg / m 3
- Sable fin, siliceux ou calcaire, ayant des tailles de particules < 1 mm : 800 à 1200 kg/m3 - Fine sand, siliceous or limestone, with particle sizes <1 mm: 800 to 1200 kg / m 3
- Charge minérale fine (d50 entre 10 et 50 pm), siliceux ou calcaire : 150 à 250 kg/m3 - Fine mineral load (d50 between 10 and 50 pm), siliceous or limestone: 150 to 250 kg / m 3
- Filler minéral ultrafin (d50 < 5 pm) ou nanométrique (par exemple choisit parmi les fumées de silice, microfiller calcaire ou siliceux) : 50 à 250 kg/m3 - Ultra-fine mineral filler (d50 <5 pm) or nanometric (for example chosen from silica fumes, calcareous or siliceous microfiller): 50 to 250 kg / m 3
- Fibres, métalliques ou polymères (diamètre 0,1 à 0,3 mm, longueur 10 à 20 mm) : 2 à 10% en volume - Fibers, metallic or polymers (diameter 0.1 to 0.3 mm, length 10 to 20 mm): 2 to 10% by volume
- Adjuvants plastifiant ou super-plastifiant : 10 à 35 kg/m3 (extrait sec ) - Plasticizer or super-plasticizer adjuvants: 10 to 35 kg / m 3 (dry extract)
Eau totale : entre 15 et 25 % en masse de la quantité de ciment Les compositions 1 et 2 sont données à titre d’exemple : Total water: between 15 and 25% by mass of the quantity of cement Compositions 1 and 2 are given by way of example:
Tableau 1 Table 1
La couche de béton précontraint est formée d’un béton précontraint. La précontrainte est appliquée au béton BFUP au moyen de la couche de renfort mécanique circonférentiel et éventuellement par la couche de renfort mécanique axial. The prestressed concrete layer is formed from prestressed concrete. The prestressing is applied to the UHPC concrete by means of the circumferential mechanical reinforcement layer and possibly by the axial mechanical reinforcement layer.
Le choix du béton BFUP pour réaliser le réservoir selon l’invention permet d’augmenter la résilience du réservoir de gaz comprimé. La couche en béton précontraint en BFUP présente une bien meilleure capacité à survivre sans ruine lors des chargements anormaux. En effet, les bétons ordinaires présentent un comportement dit « fragile » qui rend possible une rupture explosive de la couche en béton, par exemple en cas de défaillance d’un élément métallique longitudinal ou axial, ou bien en cas d’un impact sur la surface extérieure du réservoir. Les conséquences d’une rupture explosive de la couche en béton seraient dramatiques compte tenu des volumes et des pressions extrêmement importantes appliqués lors du fonctionnement du réservoir selon l’invention. Par béton ordinaire, nous entendons un béton au sens de la norme NF EN 206, présentant une résistance en compression caractéristique inférieure à 100 MPa, et sans ajout de fibres visant à lui conférer des propriétés de ductilité. The choice of UHPC concrete to make the tank according to the invention increases the resilience of the compressed gas tank. The prestressed concrete layer in UHPFRC has a much better ability to survive without ruin during abnormal loads. Indeed, ordinary concretes exhibit a so-called "brittle" behavior which makes possible an explosive rupture of the concrete layer, for example in the event of failure of a longitudinal or axial metal element, or in the event of an impact on the concrete. outer surface of the tank. The consequences of an explosive rupture of the concrete layer would be dramatic given the extremely large volumes and pressures applied during the operation of the tank according to the invention. By ordinary concrete, we mean concrete within the meaning of standard NF EN 206, exhibiting a characteristic compressive strength of less than 100 MPa, and without the addition of fibers intended to give it ductility properties.
De plus, le choix du béton BFUP permet d’augmenter la résilience du réservoir selon l’invention. En effet la couche en béton BFUP présente une capacité à se déformer jusqu’à créer des fissures qui laissent fuir le gaz sous pression, mais sans exploser. En effet, les fibres, ainsi que la composition du béton BFUP autorise une déformation du béton jusqu’à l’apparition de fissures, sans ruine de la structure car les fibres maintiennent la structure et ses capacités de résistance mécanique même après l’apparition de fissures. Par ailleurs, le choix d’un béton BFUP pour réaliser la couche de béton précontraint permet d’améliorer le maintien dans le temps de la tenue mécanique du réservoir selon l’invention. En effet, les bétons BFUP présentent une excellente résistance à la fatigue et au fluage, par rapport au béton ordinaire, qui est bien adapté à supporter des contraintes mécaniques importantes, de manière cyclique et accompagnées de variation de température, qui est propre à l’utilisation à laquelle est destiné le réservoir selon l’invention : le stockage d’énergie sous forme de gaz sous pression. In addition, the choice of UHPC concrete makes it possible to increase the resilience of the tank according to the invention. In fact, the UHPC concrete layer has a capacity to deform until it creates cracks which allow the pressurized gas to escape, but without exploding. Indeed, the fibers, as well as the composition of UHPFRC concrete allow deformation of the concrete until the appearance of cracks, without ruining the structure because the fibers maintain the structure and its mechanical resistance capacities even after the appearance of cracks. Furthermore, the choice of UHPFRC concrete to produce the layer of prestressed concrete makes it possible to improve the maintenance over time of the mechanical strength of the tank according to the invention. Indeed, UHPC concretes have excellent resistance to fatigue and creep, compared to ordinary concrete, which is well suited to withstand significant mechanical stresses, cyclically and accompanied by temperature variation, which is specific to the use for which the reservoir according to the invention is intended: energy storage in the form of pressurized gas.
Selon un mode de réalisation, la couche de béton précontraint peut également assurer une fonction d’étanchéité. En effet, le choix du béton BFUP pour réaliser le réservoir selon l’invention présente une perméabilité largement inférieure (de l’ordre de cent fois inférieure) à celle des bétons ordinaires. Ainsi, la couche en béton précontraint en BFUP peut être satisfaisante pour assurer une étanchéité partielle au gaz contenu dans le réservoir. Ainsi, les capacités d’étanchéité de la couche en béton précontraint BFUP autorise la possibilité d’une défaillance ou une dégradation partielle de la couche d’étanchéité et permet de limiter les opérations de remise en état de celle-ci. According to one embodiment, the layer of prestressed concrete can also provide a sealing function. Indeed, the choice of UHPC concrete to make the tank according to the invention has a much lower permeability (of the order of a hundred times lower) than that of ordinary concrete. Thus, the layer of prestressed concrete in UHPFRC can be satisfactory for ensuring partial sealing against the gas contained in the tank. Thus, the waterproofing capacities of the prestressed concrete layer UHPFRC allows the possibility of failure or partial degradation of the waterproofing layer and makes it possible to limit its restoration operations.
Du fait de ses propriétés mécaniques élevées, l’utilisation de béton BFUP permet d’envisager des parois relativement fines pour le réservoir (de l’ordre de 4 fois plus fines selon certaines estimations). Compte tenu du coût élevé du matériau, c’est un point important pour la viabilité économique de l’invention. Cette question prend un tour particulièrement critique dans le cas où la défaillance de la couche d’étanchéité est envisagée. Dans ce cas, l’air sous pression contenu dans le réservoir envahit la porosité du béton, ce qui entraîne des contraintes de traction d’origine poromécanique susceptibles d’endommager le matériau. Ce type de défaut est instable et est susceptible d’engendrer la rupture brutale de l’enveloppe. Si l’intégrité de la couche d’étanchéité ne peut être garantie à 100% (un cas de figure probable compte tenu des niveaux de risque associés à ce type de réservoir), il convient de dimensionner la précontrainte exercée sur le béton de manière à garantir que le matériau ne soit jamais soumis à des efforts de traction, même dans le cas où la couche d’étanchéité est compromise. Avec un béton conventionnel ce critère se révèle particulièrement contraignant, engendrant des surdimensionnements en terme d’épaisseur de béton et de section de câbles de précontrainte extrêmement importants, de l’ordre de 60% en épaisseur selon certaines estimations. Le surdimensionnement est beaucoup plus réduit lorsque l’on utilise un BFUP (de l’ordre de 20 % en épaisseur), du fait de la plus grande résistance en compression du matériau qui le rend plus à même de supporter des précontraintes importantes. Outre la moindre consommation de matière, les parois plus fines d’un réservoir en BFUP présentent un avantage vis-à-vis de la résistance aux sollicitations d’origine thermique. En effet, dans le cas d’une utilisation pour le stockage d’air comprimé, les cycles de charge/décharge du réservoir font varier la température interne de manière importante (plusieurs dizaines de degrés °C), et de manière décorrelée de la température extérieure à laquelle est soumise la paroi externe. Or un gradient thermique entre les deux parois est susceptible d’engendrer la fissuration du béton sur la paroi froide, dans la mesure ou la contraction thermique du matériau sur la paroi est empêchée par le reste de la structure, plus chaude. Un cas particulièrement critique pour notre application concerne le remplissage du réservoir (qui entraîne une mise sous pression du réservoir et une élévation de la température interne), tandis que dans le même temps la température extérieure est basse, ou chute brusquement. Dans le cas d’un réservoir en béton ordinaire, la paroi est trop épaisse pour permettre une égalisation des températures entre face interne et externe, les gradients thermiques générés sont importants. On peut se prémunir de la fissuration du matériau sur la face externe en garantissant la présence d’une couche externe jouant le rôle d’isolant thermique, sans rôle structurel. Ce rôle peut éventuellement être rempli par la couche de protection évoquée dans cette invention, si elle se révèle suffisamment épaisse par rapport aux écarts de température considérés. Dans le cas d’un réservoir en BFUP, outre la meilleure résistance du matériau aux contraintes de traction déjà évoquée, la paroi plus fine permet une bien meilleure conduction de la température qui limite les différences de température entre face interne et externe. Ainsi, pour un réservoir ayant une paroi composé en béton BFUP selon l’invention, les contraintes d’origines thermiques sont ainsi grandement limitées et sans risques pour l’intégrité du matériau. Due to its high mechanical properties, the use of UHPC concrete makes it possible to envisage relatively thin walls for the tank (of the order of 4 times thinner according to some estimates). In view of the high cost of the material, this is an important point for the economic viability of the invention. This issue takes a particularly critical turn in the event that failure of the sealant layer is contemplated. In this case, the pressurized air contained in the tank invades the porosity of the concrete, resulting in tensile stresses of poromechanical origin liable to damage the material. This type of defect is unstable and is likely to cause sudden rupture of the envelope. If the integrity of the waterproofing layer cannot be guaranteed at 100% (a probable scenario given the risk levels associated with this type of tank), the prestressing exerted on the concrete should be dimensioned so as to ensure that the material is never subjected to tensile forces, even if the waterproofing layer is compromised. With conventional concrete, this criterion turns out to be particularly restrictive, giving rise to oversizing in terms of concrete thickness and extremely large prestressing cable section, of the order of 60% in thickness according to certain estimates. Oversizing is much smaller when using UHPC (of the order of 20% in thickness), due to the greater compressive strength of the material which makes it more able to withstand significant pre-stresses. In addition to lower material consumption, the thinner walls of a UHPFRC tank have an advantage in terms of resistance to stresses of thermal origin. In fact, in the case of use for the storage of compressed air, the charge / discharge cycles of the tank cause the internal temperature to vary significantly (several tens of degrees ° C), and uncorrelated from the temperature. to which the outer wall is subjected. However, a thermal gradient between the two walls is likely to cause cracking of the concrete on the cold wall, to the extent that the thermal contraction of the material on the wall is prevented by the rest of the structure, which is hotter. A particularly critical case for our application concerns the filling of the tank (which causes the tank to be pressurized and the internal temperature to rise), while at the same time the outside temperature is low, or drops suddenly. In the case of an ordinary concrete tank, the wall is too thick to allow equalization of the temperatures between the internal and external faces, the thermal gradients generated are significant. It is possible to guard against cracking of the material on the external face by guaranteeing the presence of an external layer playing the role of thermal insulator, without any structural role. This role can optionally be fulfilled by the protective layer mentioned in this invention, if it proves to be sufficiently thick with respect to the temperature differences considered. In the case of a UHPFRC tank, in addition to the better resistance of the material to the tensile stresses already mentioned, the thinner wall allows much better temperature conduction which limits the temperature differences between the internal and external faces. Thus, for a tank having a wall made of UHPFRC concrete according to the invention, the constraints of thermal origins are thus greatly limited and without risk for the integrity of the material.
Couche de renfort mécanique circonférentiel Circumferential mechanical reinforcement layer
De manière générale, la couche de renfort mécanique circonférentiel est composée d’éléments métalliques circonférentiels disposés autour de ou dans la couche de béton précontraint. Les éléments métalliques circonférentiels peuvent prendre plusieurs formes, par exemple des fils métalliques, des câbles métalliques, des bandes métalliques, des anneaux métalliques. In general, the circumferential mechanical reinforcement layer is composed of circumferential metal elements arranged around or in the layer of prestressed concrete. The circumferential metal elements can take several forms, for example metal wires, metal cables, metal bands, metal rings.
Selon un mode de mise en oeuvre de l’invention, la précontrainte en traction circonférentielle peut être obtenue par un enroulement sous tension d’éléments métalliques circonférentiels autour du tube de béton, par exemple un enroulement de fils, de câbles ou de bandes métalliques. Selon un autre mode de réalisation, les éléments métalliques circonférentiels sont emmanchés dans des gaines réservées dans le tube de béton lors du coulage de celui- ci, précontraints, puis rendus solidaires du tube de béton par l’injection d’un coulis de ciment qui vient remplir l’espace laissé libre dans la gaine béton. De préférence, les éléments métalliques circonférentiels sont disposés à la périphérie, c’est-à-dire autour et au contact, de la couche de béton précontraint. According to one embodiment of the invention, the circumferential tensile pre-stress can be obtained by winding under tension circumferential metal elements around the concrete tube, for example a winding of wires, cables or metal bands. According to another embodiment, the circumferential metal elements are fitted into sheaths reserved in the concrete tube during the casting thereof. Ci, prestressed, then made integral with the concrete tube by the injection of a cement grout which fills the space left free in the concrete sheath. Preferably, the circumferential metal elements are arranged at the periphery, that is to say around and in contact, of the layer of prestressed concrete.
Alternativement, les éléments métalliques circonférentiels peuvent être noyés dans la couche de béton précontraint. Dans ce cas, les éléments métalliques circonférentiels sont disposés de préférence dans la moitié (la moitié est définie par la partie obtenue en délimitant le tube formée par la couche en béton précontraint en deux moitiés correspondant à deux tubes concentriques, superposés et d’épaisseur égale) de la couche en béton précontraint située vers l’extérieur du réservoir. Alternatively, the circumferential metal elements can be embedded in the layer of prestressed concrete. In this case, the circumferential metal elements are preferably arranged in half (the half is defined by the part obtained by delimiting the tube formed by the prestressed concrete layer in two halves corresponding to two concentric tubes, superimposed and of equal thickness ) of the prestressed concrete layer located on the outside of the tank.
Les éléments métalliques circonférentiels sont précontraints en tension et imposent donc une précontrainte de compression circonférentiel dans la couche de béton au moins lorsque le réservoir est au repos (c’est-à-dire sans contenir de gaz sous pression). Ainsi, d’une part, la couche de renfort mécanique circonférentielle composée par les éléments métalliques circonférentiels a pour rôle de diminuer la contrainte circonférentielle supportée par la couche en béton lorsque le réservoir selon l’invention est mis en service. D’autre part, la couche de renfort mécanique circonférentiel composée par les éléments métalliques circonférentiels a pour rôle de maintenir la couche en béton dans une situation de contrainte de compression sur la plus grande gamme de sollicitation de pression interne du réservoir, ce qui permet de profiter au maximum des excellentes caractéristiques de résistance à la compression du béton et donc de minimiser l’épaisseur de la couche de béton. L’application d’une précontrainte en traction circonférentielle permet donc de dimensionner un réservoir pour le stockage d’un gaz sous pression avec une plus faible épaisseur de béton que si aucune précontrainte n’était appliquée. En effet, la précontrainte soumet la couche de béton à des efforts de compression, efforts auxquels le matériau béton BFUP est très résistant.The circumferential metal elements are prestressed in tension and therefore impose a circumferential compressive prestress in the concrete layer at least when the tank is at rest (i.e. without containing pressurized gas). Thus, on the one hand, the circumferential mechanical reinforcement layer composed of the circumferential metal elements has the role of reducing the circumferential stress supported by the concrete layer when the tank according to the invention is put into service. On the other hand, the circumferential mechanical reinforcement layer composed by the circumferential metal elements has the role of maintaining the concrete layer in a situation of compressive stress over the greatest range of internal pressure stress of the tank, which makes it possible to take maximum advantage of the excellent compressive strength characteristics of concrete and therefore minimize the thickness of the concrete layer. The application of circumferential tensile prestressing therefore makes it possible to size a tank for the storage of pressurized gas with a smaller concrete thickness than if no prestressing was applied. Indeed, the prestressing subjects the concrete layer to compressive forces, forces to which the UHPC concrete material is very resistant.
De préférence, les éléments métalliques circonférentiels sont réalisés en métal, de préférence en acier. Preferably, the circumferential metal elements are made of metal, preferably of steel.
De manière avantageuse, les éléments métalliques circonférentiels peuvent être régulièrement répartis dans ou sur la couche en béton, pour appliquer une précontrainte homogène sur la couche de béton. Advantageously, the circumferential metal elements can be regularly distributed in or on the concrete layer, to apply a homogeneous prestress on the concrete layer.
Couche de renfort mécanique axial Axial mechanical reinforcement layer
On rappelle qu’il s’agit d’une couche optionnelle de la conception de la section courante du réservoir. Néanmoins, un réservoir selon l’invention comportant une couche de renfort mécanique axial est un mode préféré de réalisation de l’invention, qui permet à la section courante de reprendre les efforts exercés par le gaz sous pression sur la base et le couvercle du réservoir. It is recalled that this is an optional layer of the design of the current section of the tank. Nevertheless, a tank according to the invention comprising a reinforcing layer Axial mechanics is a preferred embodiment of the invention, which allows the current section to take up the forces exerted by the pressurized gas on the base and the cover of the reservoir.
De manière générale, la couche de renfort mécanique axial comporte un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux qui s’étendent selon l’axe du réservoir et qui sont disposés dans la couche de béton précontraint et selon l’axe du réservoir. Ledit un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux peut prendre différentes formes, par exemple un tube métallique, des fils métalliques, des câbles métalliques ou des bandes métalliques.In general, the axial mechanical reinforcement layer comprises one or more longitudinal metal elements which extend along the axis of the tank and which are arranged in the layer of prestressed concrete and along the axis of the tank. Said one or more longitudinal metal elements can take different forms, for example a metal tube, metal wires, metal cables or metal bands.
Ledit un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux sont disposés au sein de la couche de béton. En d’autres termes ledit un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux sont noyés au sein du béton BFUP. Said one or more longitudinal metal elements are arranged within the concrete layer. In other words, said one or more longitudinal metal elements are embedded within the UHPC concrete.
Les éléments métalliques longitudinaux sont disposés de préférence sur ou au voisinage du plan médian de la couche en béton précontraint (le plan médian est défini comme le plan équidistant de la surface interne et de la surface externe du tube). Selon un mode de réalisation, les éléments métalliques longitudinaux sont disposés et répartis sur deux plans tubulaires dont les diamètres sont inscrits dans la couche en béton précontraint. The longitudinal metal elements are preferably arranged on or in the vicinity of the median plane of the prestressed concrete layer (the median plane is defined as the plane equidistant from the internal surface and from the external surface of the tube). According to one embodiment, the longitudinal metal elements are arranged and distributed over two tubular planes, the diameters of which are inscribed in the layer of prestressed concrete.
Ledit un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux sont précontraints en tension et imposent donc une précontrainte en compression dans le sens de l’axe du réservoir, dans la couche de béton précontraint au moins lorsque le réservoir est au repos. Said one or more longitudinal metal elements are prestressed in tension and therefore impose a prestress in compression in the direction of the axis of the tank, in the layer of prestressed concrete at least when the tank is at rest.
Ainsi, d’une part, la couche de renfort mécanique axial composée par ledit un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux a pour rôle de diminuer la contrainte axiale supportée par la couche en béton lorsque le réservoir selon l’invention est sous pression élevée. D’autre part, la couche de renfort mécanique axial composée par ledit un ou plusieurs éléments métalliques circonférentiels a pour rôle de maintenir la couche en béton dans une situation de contrainte de compression sur la plus grande gamme de sollicitation de pression interne du réservoir, ce qui permet de profiter au maximum des excellentes caractéristiques de résistance à la compression du béton et donc de minimiser l’épaisseur de la couche de béton. Thus, on the one hand, the axial mechanical reinforcement layer composed by said one or more longitudinal metal elements has the role of reducing the axial stress supported by the concrete layer when the tank according to the invention is under high pressure. On the other hand, the axial mechanical reinforcement layer composed by said one or more circumferential metal elements has the role of maintaining the concrete layer in a situation of compressive stress over the greatest range of internal pressure stress of the tank, this which makes it possible to take maximum advantage of the excellent compressive strength characteristics of concrete and therefore to minimize the thickness of the concrete layer.
De préférence, ledit un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux est réalisé en métal, de préférence en acier. Preferably, said one or more longitudinal metal elements is made of metal, preferably of steel.
De manière avantageuse, ledit un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux peut être régulièrement réparti dans couche en béton, pour appliquer une précontrainte homogène sur la couche de béton. Dans le cas où ledit un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux est choisi de forme tubulaire, il réalise une fonction d’étanchéité. Dans ce cas, le réservoir n’inclut pas de couche d’étanchéité supplémentaire. Advantageously, said one or more longitudinal metal elements can be regularly distributed in the concrete layer, to apply a homogeneous prestress on the concrete layer. In the case where said one or more longitudinal metal elements is chosen to be tubular in shape, it performs a sealing function. In this case, the tank does not include an additional waterproofing layer.
Couche d’étanchéité Sealing layer
La couche d’étanchéité vise à contenir le gaz, par exemple l’air, à chaque instant dans le réservoir. Seules les connectiques (moyens d’injection et de soutirage du gaz sous pression) du réservoir doivent influer sur la quantité de matière présente dans le réservoir. The sealing layer aims to contain gas, for example air, at all times in the tank. Only the connections (means of injection and withdrawal of pressurized gas) of the tank must influence the quantity of material present in the tank.
Selon une variante de réalisation, la couche d’étanchéité peut être assurée par une première sous-couche formée en béton suivi d’une sous-couche formée en métal, de préférence en acier. La première sous-couche en béton a pour rôle de protéger d’une part la face interne de la sous-couche formée en acier contre les dommages physiques et/ou chimiques (corrosion notamment), éviter le collapse de la même sous-couche (en raison des précontraintes appliquées aux fils en acier) et, de façon générale, résister à la contrainte induite par le fluide sous pression. According to an alternative embodiment, the waterproofing layer can be provided by a first sub-layer formed of concrete followed by a sub-layer formed of metal, preferably steel. The role of the first concrete sub-layer is to protect, on the one hand, the internal face of the sub-layer formed from steel against physical and / or chemical damage (corrosion in particular), to prevent the collapse of the same sub-layer ( due to the pre-stresses applied to the steel wires) and, in general, resist the stress induced by the pressurized fluid.
Selon une alternative, la couche d’étanchéité peut être assurée directement par une couche en métal, de préférence en acier, résistant aux contraintes et dommages physiques et/ou chimiques induits par le milieu en contact. Alternatively, the waterproofing layer can be provided directly by a metal layer, preferably steel, resistant to physical and / or chemical stresses and damage induced by the medium in contact.
Alternativement, pour les deux variantes de réalisation décrites ci-dessus, la couche en métal ou la sous-couche en métal peut être remplacée directement par une couche ou une sous-couche en polymère résistant aux contraintes et dommages physiques et/ou chimiques induits par le milieu en contact (le fluide sous pression). On peut citer, par exemple, le polytétrafluoroéthylène PTFE. La réalisation de la sous-couche en polymère permet de réduire le poids et le coût de la couche d’étanchéité, alors que la réalisation de la sous- couche en métal apporte de meilleures caractéristiques mécaniques. Alternatively, for the two variant embodiments described above, the metal layer or the metal sublayer can be replaced directly by a polymer layer or sublayer resistant to the stresses and physical and / or chemical damage caused by the medium in contact (the pressurized fluid). Mention may be made, for example, of polytetrafluoroethylene PTFE. Making the underlayer in polymer reduces the weight and cost of the waterproofing layer, while making the underlayer in metal provides better mechanical characteristics.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, la couche de renfort mécanique axial et la couche d’étanchéité sont formées par un seul et même élément composé d’un tube en acier. In a particular embodiment of the invention, the axial mechanical reinforcement layer and the sealing layer are formed by one and the same element composed of a steel tube.
On rappelle qu’il s’agit d’une couche optionnelle de la conception de la section courante du réservoir. La couche externe de protection vise à la préservation des agressions chimiques (type corrosion) et/ou physiques des éléments métalliques circonférentiels, ainsi que de la couche de béton BFUP, du réservoir selon l’invention. De ce fait, la couche externe de protection peut être en béton, par exemple en béton ordinaire, ou bien du mortier de ciment, en asphalte, en polymère ou tout autre matériau protecteur contre les agressions chimiques et/ou physiques. Cette couche de protection est par conséquent particulièrement avantageuse lorsque la couche de béton précontraint comprend des éléments métalliques circonférentiels en périphérie. Avantageusement, cette couche peut ne pas posséder de fonction de résistance mécanique. C’est pourquoi cette couche peut être moins épaisse que la couche de béton précontraint. It is recalled that this is an optional layer of the design of the current section of the tank. The outer protective layer is intended to protect the chemical (corrosion type) and / or physical attacks of the circumferential metal elements, as well as of the UHPC concrete layer, of the tank according to the invention. Therefore, the outer protective layer can be concrete, for example ordinary concrete, or cement mortar, asphalt, polymer or any other protective material against chemical and / or physical attack. This protective layer is therefore particularly advantageous when the layer of prestressed concrete comprises circumferential metal elements at the periphery. Advantageously, this layer may not have a mechanical resistance function. This is why this layer can be thinner than the layer of prestressed concrete.
Les figures 2, 3 et 4 illustrent, schématiquement et de manière non limitative, une section courante 1 d’un réservoir selon trois modes de réalisation de l’invention. Chacune des figures 2, 3 et 4 est une vue tridimensionnelle en coupe de la section courante 1 . Figures 2, 3 and 4 illustrate, schematically and in a non-limiting manner, a running section 1 of a tank according to three embodiments of the invention. Each of Figures 2, 3 and 4 is a three-dimensional sectional view of the current section 1.
En référence à la figure 2, de l’intérieur vers l’extérieur de la section courante 1 , la section courante comprend une couche d’étanchéité 5, une couche de résistance mécanique 6 en béton BFUP recouverte d’une couche de renfort mécanique circonférentiel 8, et une couche de protection 9. La couche de renfort mécanique circonférentiel 8 est composée de fils métalliques précontraints en tension et enroulés autour de la couche de résistance mécanique 6. De plus, la couche de résistance mécanique 6 est traversée par des fils métalliques 7 composant la couche de renfort mécanique axial. Les fils métallique 7 sont précontraints en tension. Les fils métalliques composant la couche de renfort mécanique circonférentiel 8 sont régulièrement répartis sur la longueur de la section courante 1 , et les fils métalliques composant la couche de renfort mécanique axial 7 sont régulièrement répartis sur la circonférence de la section courante 1. La couche de protection 9, par exemple réalisée en mortier de ciment, sert notamment à la protection de la corrosion des fils métalliques précontraints de la couche 8. La couche d’étanchéité 5 est plaquée contre la paroi interne de la couche de résistance mécanique 6. Referring to Figure 2, from the inside to the outside of the running section 1, the running section comprises a waterproofing layer 5, a mechanical resistance layer 6 of UHPC concrete covered with a circumferential mechanical reinforcement layer 8, and a protective layer 9. The circumferential mechanical reinforcement layer 8 is composed of metal wires prestressed in tension and wound around the mechanical resistance layer 6. In addition, the mechanical resistance layer 6 is crossed by metal wires. 7 composing the layer of axial mechanical reinforcement. The metal wires 7 are prestressed in tension. The metal wires making up the circumferential mechanical reinforcement layer 8 are regularly distributed over the length of the current section 1, and the metal wires making up the axial mechanical reinforcement layer 7 are regularly distributed over the circumference of the current section 1. The layer of protection 9, for example made of cement mortar, serves in particular to protect the pre-stressed metal wires of layer 8 from corrosion. The sealing layer 5 is pressed against the internal wall of the mechanical resistance layer 6.
En référence à la figure 3, de l’intérieur vers l’extérieur de la section courante 1 , la section courante comprend une couche d’étanchéité 5, une couche de résistance mécanique 6 en béton BFUP, une couche de renfort mécanique circonférentiel 8 disposée au sein du béton BFUP de la couche de résistance mécanique 6. De plus, la couche de résistance mécanique 6 est traversée par des fils métalliques 7 composant la couche de renfort mécanique axial. Les fils métalliques 7 sont précontraints en tension. Les fils métalliques 7 sont disposés dans la couche de résistance mécanique 6 à une distance X plus petite que la distance Y des fils métallique 7 composant la couche de renfort mécanique axial, chacune des distances X et Y étant mesurées par rapport à l’axe du réservoir. Les fils métalliques composant la couche de renfort mécanique circonférentiel 8 sont régulièrement répartis sur la longueur de la section courante 1 , et les fils métalliques composant la couche de résistance axial 8 sont régulièrement répartis sur la circonférence de la section courante 1. En référence à la figure 4, de l’intérieur vers l’extérieur de la section courante 1 , une couche de résistance mécanique 6 en béton BFUP et une couche de renfort mécanique circonférentiel 8 disposée au sein du béton BFUP de la couche de résistance mécanique 6. De plus, la couche de résistance mécanique 6 est traversée par un tube métallique 7 composant la couche de renfort mécanique axial. Le tube métallique 7 est précontraint en tension selon l’axe du réservoir. Le tube métallique 7 a un rayon de valeur X inférieur à la distance Y, distance mesurée par rapport à l’axe du réservoir, à laquelle sont disposés les fils métalliques 8 composant la couche de renfort mécanique circonférentiel. Les fils métalliques composant la couche de renfort mécanique circonférentiel 8 sont régulièrement répartis sur la longueur de la section courante 1. Dans ce mode de réalisation, le tube métallique 7 a également pour fonction d’assurer l’étanchéité du réservoir. Referring to Figure 3, from the inside to the outside of the running section 1, the running section comprises a waterproofing layer 5, a mechanical resistance layer 6 made of UHPFRC concrete, a circumferential mechanical reinforcement layer 8 arranged within the UHPC concrete of the mechanical resistance layer 6. In addition, the mechanical resistance layer 6 is crossed by metal wires 7 making up the axial mechanical reinforcement layer. The metal wires 7 are prestressed in tension. The metal wires 7 are arranged in the layer of mechanical resistance 6 at a distance X smaller than the distance Y of the metal wires 7 making up the layer of axial mechanical reinforcement, each of the distances X and Y being measured with respect to the axis of the tank. The metal wires making up the circumferential mechanical reinforcement layer 8 are regularly distributed over the length of the running section 1, and the metal wires making up the axial resistance layer 8 are regularly distributed over the circumference of the running section 1. Referring to Figure 4, from the inside to the outside of the current section 1, a mechanical resistance layer 6 of UHPFRC concrete and a circumferential mechanical reinforcement layer 8 placed within the UHPC concrete of the mechanical resistance layer 6. In addition, the mechanical resistance layer 6 is crossed by a metal tube 7 making up the axial mechanical reinforcement layer. The metal tube 7 is prestressed in tension along the axis of the reservoir. The metal tube 7 has a radius of value X less than the distance Y, a distance measured with respect to the axis of the reservoir, at which the metal wires 8 making up the circumferential mechanical reinforcement layer are arranged. The metal wires making up the circumferential mechanical reinforcement layer 8 are regularly distributed over the length of the running section 1. In this embodiment, the metal tube 7 also has the function of ensuring the tightness of the reservoir.
L’invention concerne aussi un moyen de stockage et de restitution d’énergie comprenant au moins un moyen de compression, au moins un moyen de détente, au moins un moyen de stockage de la chaleur et au moins un réservoir de gaz sous pression selon l’invention. En effet, l’utilisation d’un réservoir de gaz sous pression tel que décrit précédemment est adaptée aux pressions élevées du gaz sous pression mis en oeuvre dans un tel système. De plus, le réservoir selon l’invention permet de réduire considérablement le coût du réservoir de gaz sous pression, ce qui est particulièrement utile au moyen de stockage et de restitution d’énergie, le réservoir de gaz sous pression étant un facteur de coût important du moyen de stockage et de restitution d’énergie. Il est particulièrement adapté pour le fonctionnement des systèmes de type AACAES. The invention also relates to a means for storing and restoring energy comprising at least one compression means, at least one expansion means, at least one heat storage means and at least one pressurized gas tank according to the invention. 'invention. Indeed, the use of a pressurized gas tank as described above is suitable for the high pressures of pressurized gas used in such a system. In addition, the tank according to the invention makes it possible to considerably reduce the cost of the pressurized gas tank, which is particularly useful for energy storage and return means, the pressurized gas tank being a significant cost factor. of the energy storage and return means. It is particularly suitable for the operation of AACAES type systems.
La présente invention concerne également un procédé de stockage et de restitution par gaz comprimé, dans lequel on réalise les étapes suivantes : a) on comprime un gaz, notamment au moyen d’un compresseur, b) éventuellement, on refroidit le gaz comprimé par échange de chaleur, en particulier dans un moyen de stockage de la chaleur, c) on stocke le gaz comprimé et éventuellement refroidi, notamment dans un réservoir pour le stockage d’un fluide sous pression selon l’invention, d) éventuellement on chauffe le gaz comprimé stocké, par échange de chaleur, dans le moyen de stockage de la chaleur, e) on détend le gaz comprimé et éventuellement chauffé pour générer une énergie, par exemple au moyen d’une turbine pour produire une énergie électrique. La Figure 5 illustre un exemple non limitatif de système de stockage et de restitution d’énergie par gaz comprimé selon l’invention, comportant un moyen de compression du gaz 21 , un moyen de stockage de la chaleur 22, un réservoir de stockage d’un gaz sous pression 23 selon l’invention et un moyen de détente du gaz 24. Sur cette Figure, les flèches en trait continu illustrent la circulation du gaz lors des étapes de compression (stockage d’énergie), et les flèches en pointillés illustrent la circulation du gaz lors des étapes de détente (restitution d’énergie). Le système de stockage de la chaleur 22 est intercalé entre le moyen de compression/détente 21 ou 24 et le réservoir 23 selon l’invention. Classiquement, en phase de stockage d’énergie (compression), l’air est d’abord comprimé dans le compresseur 21 , puis éventuellement refroidi dans le système de stockage de la chaleur 22. Le gaz comprimé et éventuellement refroidi est stocké dans le réservoir 23 selon l’invention. Le système de stockage de la chaleur 22 emmagasine de la chaleur lors du refroidissement du gaz comprimé dans la phase de compression. Lors de la récupération de l’énergie (détente), le gaz comprimé stocké dans le réservoir 23 selon l’invention est éventuellement chauffé dans le système de stockage de la chaleur 22. Ensuite, de manière classique, le gaz passe au travers d’un moyen de détente 24. The present invention also relates to a method of storage and return by compressed gas, in which the following steps are carried out: a) a gas is compressed, in particular by means of a compressor, b) optionally, the compressed gas is cooled by exchange. heat, in particular in a heat storage means, c) the compressed and possibly cooled gas is stored, in particular in a tank for the storage of a pressurized fluid according to the invention, d) optionally the gas is heated compressed stored, by heat exchange, in the heat storage means, e) the compressed and possibly heated gas is expanded to generate energy, for example by means of a turbine to produce electrical energy. FIG. 5 illustrates a non-limiting example of a system for storing and restoring energy by compressed gas according to the invention, comprising a means for compressing the gas 21, a means for storing heat 22, a storage tank for a pressurized gas 23 according to the invention and a gas expansion means 24. In this Figure, the arrows in solid lines illustrate the flow of gas during the compression stages (energy storage), and the dotted arrows illustrate gas circulation during the expansion stages (energy release). The heat storage system 22 is interposed between the compression / expansion means 21 or 24 and the reservoir 23 according to the invention. Conventionally, in the energy storage phase (compression), the air is first compressed in the compressor 21, then possibly cooled in the heat storage system 22. The compressed and possibly cooled gas is stored in the tank. 23 according to the invention. The heat storage system 22 stores heat during cooling of the compressed gas in the compression phase. During the recovery of the energy (expansion), the compressed gas stored in the tank 23 according to the invention is optionally heated in the heat storage system 22. Then, in a conventional manner, the gas passes through a means of relaxation 24.
Le système de stockage et de restitution d’énergie par gaz comprimé selon l’invention n’est pas limité à l’exemple de la Figure 5. D’autres configurations peuvent être envisagées : plusieurs étages de compression et/ou de détente, l’utilisation de moyens réversibles assurant la compression et la détente, etc. The system for storing and restoring energy by compressed gas according to the invention is not limited to the example of FIG. 5. Other configurations can be envisaged: several stages of compression and / or expansion, '' use of reversible means ensuring compression and relaxation, etc.
Exemples Examples
Les caractéristiques et avantages du réservoir selon l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture des modes de réalisation et des exemples comparatifs présentés ci-après. The characteristics and advantages of the reservoir according to the invention will emerge more clearly on reading the embodiments and the comparative examples presented below.
Sur la base de formules de dimensionnement analytique, nous fournissons les dimensions caractéristiques pour des réservoirs en béton ordinaire et en BFUP, dans deux cas de dimensionnements : avec ou sans garantie de l’intégrité de la couche d’étanchéité : Based on analytical sizing formulas, we provide the characteristic dimensions for ordinary concrete and UHPFRC tanks, in two sizing cases: with or without guarantee of the integrity of the waterproofing layer:
- R1 A : réservoir en béton ordinaire, intégrité garantie de la couche d’étanchéité - R1 A: ordinary concrete tank, guaranteed integrity of the waterproofing layer
- R1 B : réservoir en béton ordinaire, sans garantie d’intégrité de la couche d’étanchéité- R1 B: ordinary concrete tank, without guarantee of integrity of the waterproofing layer
- R2A : réservoir en BFUP selon l’invention, intégrité garantie de la couche d’étanchéité- R2A: UHPCR tank according to the invention, guaranteed integrity of the waterproofing layer
- R2B : réservoir en BFUP selon l’invention, sans garantie d’intégrité de la couche d’étanchéité Pour tous ces réservoirs, l’épaisseur de béton, ainsi que la quantité et la répartition des éléments métalliques circonférentiels et axiaux ont été établies en fonction de la pression maximale de service attendue qui a été fixée à 125 bars, et en tenant compte des réglementations prévues par les EUROCODES, en particulier l’EUROCODE 4. Les volumes de matière utilisés sont calculés sur la base d’un réservoir de 5000 m3. En ne tenant compte que de la section tubulaire (pas d’estimation des besoins concernant le fond des réservoir, ou le génie civil pour supporter la structure). - R2B: UHPFRC tank according to the invention, without guarantee of integrity of the sealing layer For all these tanks, the concrete thickness, as well as the quantity and the distribution of the circumferential and axial metallic elements were established according to the maximum expected working pressure which was set at 125 bars, and taking into account the regulations. provided for by EUROCODES, in particular EUROCODE 4. The volumes of material used are calculated on the basis of a reservoir of 5000 m 3 . Taking into account only the tubular section (no estimate of the needs concerning the tank bottom, or the civil engineering to support the structure).
Les réservoirs dimensionnés sans garantie de la couche d’étanchéité sont plus épais et utilisent plus d’acier de précontrainte, dans la mesure où une précontrainte plus importante doit être imposée au béton de manière à garantir l’absence de contraintes de traction même en cas de mise sous pression de la porosité interne par le gaz sous pression du réservoir, à la pression maximale de service (125 bar). Tanks dimensioned without guarantee of the waterproofing layer are thicker and use more prestressing steel, since a higher prestress must be imposed on the concrete in order to guarantee the absence of tensile stresses even in the event of pressurizing the internal porosity by the pressurized gas from the tank, to the maximum working pressure (125 bar).
Des calculs numériques simulant une perte de précontrainte ont été effectués dans le cas d’un réservoir R1 A en béton ordinaire avec intégrité de la couche d’étanchéité (exemple 1) et d’un réservoir R2A en béton BFUP selon l’invention avec intégrité de la couche d’étanchéité (exemple 2). Les exemples ont été réalisés par simulation numérique par les éléments finis au moyen du logiciel Abaqus (logiciel édité par Dassault Systèmes, France). Numerical calculations simulating a loss of prestressing were carried out in the case of an R1 A tank in ordinary concrete with integrity of the waterproofing layer (example 1) and of an R2A tank in UHPC concrete according to the invention with integrity of the waterproofing layer (example 2). The examples were produced by numerical simulation by finite elements using Abaqus software (software published by Dassault Systèmes, France).
Les principales caractéristiques des réservoirs R1A et R2A (avec garantie de la couche d’étanchéité) sont : The main characteristics of the R1A and R2A tanks (with guaranteed waterproofing layer) are:
Tableau 2 Table 2
Les principales caractéristiques des réservoirs R1 B et R2B (sans garantie de la couche d’étanchéité) sont : Tableau 3 The main characteristics of the R1 B and R2B tanks (without guarantee of the waterproofing layer) are: Table 3
Dans le cas où l’intégrité de la couche d’étanchéité est garantie, le présent exemple montre que la structure du réservoir R2A est plus légère que celle du réservoir R1A. La masse de béton nécessaire est radicalement inférieure du fait des propriétés très supérieures du béton BFUP. D’une manière plus limitée, ces résistances mécaniques élevés permettent aussi de diminuer de l’ordre de 10% les volumes d’armatures métalliques de précontraintes nécessaires. In the event that the integrity of the waterproofing layer is guaranteed, this example shows that the structure of the R2A tank is lighter than that of the R1A tank. The mass of concrete required is drastically lower due to the very superior properties of UHPC concrete. In a more limited way, these high mechanical strengths also make it possible to reduce by about 10% the volumes of prestressing metal reinforcements required.
Cet avantage se retrouve démultiplié dans le cas où l’intégrité de la couche d’étanchéité ne peut plus être garantie, comme illustré dans le présent exemple. Dans les deux cas, les besoins en béton et en acier de pré-contrainte augmentent par rapport au cas avec garantie de la couche d’étanchéité. Mais l’augmentation est beaucoup plus importante dans le cas du béton conventionnel (réservoir R1 B), que ce soit en termes de béton ou d’acier de pré- contrainte. Les besoins en aciers de précontrainte, notamment, deviennent notablement inférieur dans le cas du réservoir en BFUP selon l’invention(réservoir R2B). This advantage is multiplied in the event that the integrity of the sealing layer can no longer be guaranteed, as illustrated in the present example. In both cases, the need for concrete and pre-stressed steel increases compared to the case with guaranteed waterproofing layer. But the increase is much greater in the case of conventional concrete (tank R1 B), whether in terms of concrete or pre-steel. constraint. The requirements for prestressing steels, in particular, become notably lower in the case of the UHPCR tank according to the invention (R2B tank).
Dans le cas où l’intégrité de la couche d’étanchéité est garantie, le présent exemple montre que la structure du réservoir R2A est plus onéreuse que la structure du réservoir R1A : le surcoût en termes de matériaux est évalué à +36%. Cette différence est relativement limitée malgré le fait que le béton BFUP a un prix estimé de l’ordre de 10 fois supérieur au béton conventionnel, car ce surcoût est partiellement compensé par les volumes de béton requis radicalement inférieurs, et les économies en matière d’acier sur les éléments de précontrainte. If the integrity of the waterproofing layer is guaranteed, this example shows that the structure of the R2A tank is more expensive than the structure of the R1A tank: the additional cost in terms of materials is estimated at + 36%. This difference is relatively limited despite the fact that UHPC concrete has an estimated price of around 10 times higher than conventional concrete, as this additional cost is partially offset by the drastically lower volumes of concrete required, and the savings in terms of steel on the prestressing elements.
Dans le cas où l’intégrité de la couche d’étanchéité n’est pas garantie, les coûts augmentent, de 86% pour la solution en béton conventionnel, de 26% pour la solution en BFUP selon l’invention. Ces variations entraînent, de manière surprenante, une plus grande compétitivité du réservoir en béton BFUP selon l’invention, qui devient 8% plus économique que la solution en béton conventionnel dans ce cas de figure. In the event that the integrity of the waterproofing layer is not guaranteed, the costs increase, by 86% for the conventional concrete solution, by 26% for the UHPC solution according to the invention. These variations lead, surprisingly, to a greater competitiveness of the UHPC concrete tank according to the invention, which becomes 8% more economical than the conventional concrete solution in this case.
Les exemples 1 et 2 présentent les résultats de simulations numériques menées dans le cas de ruptures simultanées de sept éléments métalliques circonférentiels, à la pression maximale de service de 125 bar respectivement pour le réservoir R1A et R2A. Les figures 6 et 7 présentent, respectivement pour les réservoirs R1A et R2A une coupe dans l’épaisseur des couches du réservoir, selon un plan longitudinal. Les figures 6 et 7 ne représentent que la couche de béton précontraint 6 ainsi que la couche de renfort mécanique circonférentiel 8 qui est composée de câbles en acier. Le côté gauche des figures 6 et 7 correspondent au centre du réservoir et le côté droit des figures 6 et 7 correspondent à l’extérieur du réservoir . Dans la couche de béton représentée par les figures 6 et 7, les champs de niveau de gris représentent la déformation plastique qui correspond à la fissuration du béton. Examples 1 and 2 present the results of numerical simulations carried out in the case of simultaneous ruptures of seven circumferential metal elements, at the maximum operating pressure of 125 bar respectively for the reservoir R1A and R2A. Figures 6 and 7 show, respectively for the tanks R1A and R2A, a section through the thickness of the layers of the tank, along a longitudinal plane. Figures 6 and 7 show only the layer of prestressed concrete 6 as well as the circumferential mechanical reinforcement layer 8 which is made up of steel cables. The left side of Figures 6 and 7 correspond to the center of the tank and the right side of Figures 6 and 7 correspond to the outside of the tank. In the concrete layer represented by figures 6 and 7, the gray level fields represent the plastic deformation which corresponds to the cracking of the concrete.
La différence de comportement entre le béton ordinaire du réservoir R1A et le béton BFUP du réservoir R2A est immédiatement apparente. Sur la figure 6, on observe dans la couche en béton ordinaire du réservoir R1A la formation d’une fissure 10 à la frontière de la zone endommagée qui se propage vers l’intérieur du réservoir. Cette fissure est susceptible d’engendrer une rupture et de mettre en danger l’intégrité de la structure. Sur la figure 7, on observe dans la couche du béton BFUP du réservoir R2A des dommages (dans la zone 11) plus limités et diffus, qui restent cantonnés à la surface extérieure de la couche en béton précontraint. De plus, le béton conserve une plus grande partie de ses capacités mécaniques sur la figure 7 par rapport à la figure 6. Par conséquent, au-delà des performances mécaniques dues au béton BFUP, l’utilisation du béton BFUP dans le cadre d’une utilisation pour un réservoir de stockage d’énergie sous forme de gaz sous pression, permet de manière inattendue d’augmenter la résilience du réservoir. The difference in behavior between ordinary concrete from tank R1A and UHPC concrete from tank R2A is immediately apparent. In Figure 6, we observe in the ordinary concrete layer of the tank R1A the formation of a crack 10 at the border of the damaged zone which propagates towards the interior of the tank. This crack is likely to cause rupture and endanger the integrity of the structure. In Figure 7, more limited and diffuse damage (in zone 11) can be observed in the UHPC concrete layer of the R2A reservoir, which remains confined to the outer surface of the prestressed concrete layer. In addition, concrete retains a greater part of its mechanical capacities in figure 7 compared to figure 6. Therefore, beyond the mechanical performance due to UHPFRC concrete, the use of UHPFRC concrete in the context of use for an energy storage tank in the form of pressurized gas unexpectedly makes it possible to increase the resilience of the tank.

Claims

Revendications Claims
1. Réservoir de stockage d’un gaz sous pression, tel que l’air comprimé, ledit réservoir comprenant au moins un élément tubulaire ayant une paroi comportant une couche en béton précontraint, au moins une couche de renfort mécanique circonférentiel et une couche d’étanchéité caractérisé en ce que le béton composant la couche en béton précontraint est choisi parmi les bétons fibrés à ultra haute performance. 1. Tank for storing a pressurized gas, such as compressed air, said tank comprising at least one tubular element having a wall comprising a layer of prestressed concrete, at least one layer of circumferential mechanical reinforcement and a layer of waterproofing characterized in that the concrete making up the prestressed concrete layer is chosen from ultra-high performance fiber-reinforced concretes.
2. Réservoir selon la revendication 1 , dans lequel le béton composant la couche en béton précontraint est choisi parmi les bétons fibrés à ultra haute performance définis par la norme NF P18-470. 2. Tank according to claim 1, in which the concrete making up the prestressed concrete layer is chosen from ultra-high performance fiber-reinforced concretes defined by standard NF P18-470.
3. Réservoir selon la revendication 2, dans lequel le béton composant la couche en béton précontraint est choisi parmi les bétons fibrés à ultra haute performance comportant des fibres métalliques en acier et présentant une résistance en compression normalisée supérieure à 150 MPa. 3. Tank according to claim 2, wherein the concrete making up the prestressed concrete layer is chosen from ultra-high performance fiber-reinforced concretes comprising steel metal fibers and exhibiting a standardized compressive strength greater than 150 MPa.
4. Réservoir selon la revendication 3, dans lequel le béton composant la couche en béton précontraint est choisi parmi les bétons fibrés à ultra haute performance comportant des fibres métalliques en acier et présentant un comportement en traction défini comme au moins faiblement écrouissant au sens de la NF P18-470 (classe T2), préférentiellement défini comme fortement écrouissant au sens de la NF P18-470 (classe T3). 4. Tank according to claim 3, wherein the concrete making up the prestressed concrete layer is chosen from ultra-high performance fiber-reinforced concretes comprising steel metal fibers and having a tensile behavior defined as at least slightly hardening within the meaning of NF P18-470 (class T2), preferably defined as highly strain hardening within the meaning of NF P18-470 (class T3).
5. Réservoir selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le béton composant la couche en béton précontraint est choisi parmi les bétons fibrés à ultra haute performance répondant à au moins un des critères suivants : 5. Tank according to one of claims 1 to 4, in which the concrete making up the prestressed concrete layer is chosen from ultra-high performance fiber-reinforced concretes meeting at least one of the following criteria:
- le béton précontraint comporte des granulats de différentes tailles, la taille maximum des granulats étant inférieure à 7 mm, de préférence inférieure à 1 mm, et la teneur en granulats ayant une taille de grains d50 < 5pm étant au moins supérieure 50 kg/m3 de béton, - the prestressed concrete comprises aggregates of different sizes, the maximum size of the aggregates being less than 7 mm, preferably less than 1 mm, and the content of aggregates having a grain size d50 <5pm being at least greater than 50 kg / m 3 concrete,
- une teneur en ciment comprise entre 700 et 1000 kg/m3 de béton, - a cement content of between 700 and 1000 kg / m3 of concrete,
- un rapport massique eau/ciment compris entre 0,15 et 0,25, - a water / cement mass ratio of between 0.15 and 0.25,
- une teneur en additifs, en extrait sec, comprise entre 10 à 35 kg/m3 de béton,- an additive content, in dry extract, of between 10 to 35 kg / m3 of concrete,
- une teneur en fibres, comprise entre 2% et 10% en volume. - a fiber content of between 2% and 10% by volume.
6. Réservoir selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la couche de renfort mécanique circonférentiel est composée d’éléments métalliques circonférentiels disposés autour de ou dans la couche de béton précontraint, les éléments métalliques circonférentiels étant précontraint en tension. 6. Tank according to one of claims 1 to 5, wherein the circumferential mechanical reinforcement layer is composed of circumferential metal elements arranged around or in the layer of prestressed concrete, the circumferential metal elements being prestressed in tension.
7. Réservoir selon la revendication 6, dans lequel les éléments métalliques circonférentiels sont choisis parmi des fils métalliques, des bandes métalliques, des anneaux métalliques, des câbles métalliques. 7. Tank according to claim 6, wherein the circumferential metal elements are chosen from metal wires, metal bands, metal rings, metal cables.
8. Réservoir selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la paroi comporte en outre une couche de protection disposée sur la surface externe de la couche en béton précontraint, la couche de renfort mécanique circonférentiel pouvant être noyée dans la couche de protection. 8. Tank according to one of claims 1 to 7, wherein the wall further comprises a protective layer disposed on the outer surface of the prestressed concrete layer, the circumferential mechanical reinforcement layer being able to be embedded in the protective layer. .
9. Réservoir selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la paroi comporte en outre au moins une couche de renfort mécanique axial composée d’un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux disposés dans la couche de béton précontraint, ledit un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux étant précontraint en tension. 9. Tank according to one of claims 1 to 8, wherein the wall further comprises at least one layer of axial mechanical reinforcement composed of one or more longitudinal metal elements arranged in the layer of prestressed concrete, said one or more elements. longitudinal metal being prestressed in tension.
10. Réservoir selon la revendication 9, dans lequel ledit un ou plusieurs éléments métalliques longitudinaux est choisi parmi un tube métallique, des fils métalliques, des câbles métalliques ou des bandes métalliques. 10. Tank according to claim 9, wherein said one or more longitudinal metal elements is selected from a metal tube, metal wires, metal cables or metal bands.
11. Réservoir selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel ladite couche d’étanchéité est choisie parmi une couche en métal, notamment en acier, une couche en polymère, notamment en polytétrafluoroéthylène, ou d’une juxtaposition d’une sous-couche interne en béton et d’une sous-couche externe en métal, notamment en acier, ou en polymère, notamment en polytétrafluoroéthylène. 11. Tank according to one of claims 1 to 10, wherein said sealing layer is chosen from a metal layer, in particular steel, a polymer layer, in particular polytetrafluoroethylene, or a juxtaposition of a sub internal layer of concrete and an external sub-layer of metal, in particular of steel, or of polymer, in particular of polytetrafluoroethylene.
12. Réservoir selon l’une des revendications 1 à 11 , dans lequel au moins la couche de béton précontraint et la couche de renfort métallique circonférentiel sont dimensionnées pour que le réservoir résiste à une pression au moins supérieure à 100 bar et présente un volume intérieur au moins supérieur à 1000m3. 12. Tank according to one of claims 1 to 11, wherein at least the layer of prestressed concrete and the circumferential metal reinforcing layer are dimensioned so that the tank withstands a pressure at least greater than 100 bar and has an internal volume. at least greater than 1000m 3 .
13. Système de stockage et de restitution d’énergie par gaz comprimé comportant au moins un moyen de compression de gaz, au moins un réservoir de stockage de gaz sous pression selon l’une des revendications 1 à 12, au moins un moyen de détente dudit gaz comprimé pour générer une énergie. 13. A system for storing and restoring energy by compressed gas comprising at least one gas compression means, at least one pressurized gas storage tank according to one of claims 1 to 12, at least one expansion means. of said compressed gas to generate energy.
14. Procédé de stockage et de restitution d’énergie par gaz comprimé, dans lequel on réalise les étapes suivantes : a) on comprime un gaz; b) éventuellement, on refroidit ledit gaz comprimé par échange de chaleur dans un moyen de stockage de la chaleur; c) on stocke ledit gaz éventuellement refroidi dans un réservoir pour le stockage d’un gaz sous pression selon l’une des revendications 1 à 12; d) éventuellement, on chauffe ledit gaz comprimé refroidi par restitution de la chaleur dans ledit moyen de stockage de la chaleur ; et e) on détend ledit gaz comprimé et éventuellement chauffé pour générer une énergie. 14. A method of storing and restoring energy by compressed gas, in which the following steps are carried out: a) a gas is compressed; b) optionally, said compressed gas is cooled by heat exchange in a heat storage means; c) said optionally cooled gas is stored in a tank for storing pressurized gas according to one of claims 1 to 12; d) optionally, said cooled compressed gas is heated by restitution of heat in said heat storage means; and e) said compressed and optionally heated gas is expanded to generate energy.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114592739B (en) * 2022-03-22 2024-04-26 辽宁省城乡市政工程集团有限责任公司 Semi-assembled ultra-deep superposed water storage tank and construction process
CN115012398B (en) * 2022-06-29 2023-08-04 国网江苏省电力工程咨询有限公司 Large-diameter concrete filled steel tube structure and construction method
WO2024026138A1 (en) * 2022-07-29 2024-02-01 Power8 Tech Inc. A concrete enhanced energy storage apparatus
CN116044718B (en) * 2023-03-06 2023-06-27 西安热工研究院有限公司 Distributed compressed air energy storage system and energy storage method

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090178590A1 (en) * 2008-01-15 2009-07-16 Fibercon International, Inc. Method for reinforcing concrete
KR100964824B1 (en) * 2009-11-05 2010-06-23 한국가스공사 Method for building a liquefied gas storage tank
KR20130090876A (en) * 2010-06-17 2013-08-14 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 Composite pressure vessels
DE102012100981A1 (en) * 2012-02-07 2013-08-08 Rainer Schramm Underwater storage for storing preferably electrical energy
US10513082B2 (en) * 2013-10-25 2019-12-24 Holystone Usa, Inc. Monolithically poured concrete CNG tank with internal support columns
JO3539B1 (en) * 2014-05-12 2020-07-05 Fsc Tech Llc Reinforced concrete pipe
NO340272B1 (en) * 2014-12-02 2017-03-27 Subhydro As Underwater Tank System
FR3054027B1 (en) * 2016-07-15 2018-07-27 IFP Energies Nouvelles CONTAINER OF A HEAT STORAGE AND RESTITUTION SYSTEM COMPRISING AT LEAST TWO CONCRETE MODULES
FR3055942B1 (en) * 2016-09-13 2018-09-21 IFP Energies Nouvelles SYSTEM AND METHOD FOR COMPRESSED GAS ENERGY STORAGE AND RESTITUTION HAVING A PRECONTRATED CONCRETE MIXED LAYER
CN207316457U (en) * 2016-12-14 2018-05-04 何树延 Prestressed concrete pressure vessel for the storage of large capacity high-pressure fluid medium
FR3121969B1 (en) * 2021-04-14 2023-04-14 Ifp Energies Now Pipe for the transport of pressurized fluid in ultra-high performance fiber-reinforced concrete

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