EP4673639A1 - Systeme de stockage et de recuperation d'energie par gaz comprime avec un dispositif de regulation de la pression - Google Patents

Systeme de stockage et de recuperation d'energie par gaz comprime avec un dispositif de regulation de la pression

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Publication number
EP4673639A1
EP4673639A1 EP24704026.4A EP24704026A EP4673639A1 EP 4673639 A1 EP4673639 A1 EP 4673639A1 EP 24704026 A EP24704026 A EP 24704026A EP 4673639 A1 EP4673639 A1 EP 4673639A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
compressed gas
compression
expansion
line
Prior art date
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Pending
Application number
EP24704026.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Elsa MULLER-SHERNETSKY
David Teixeira
Victor DUPIN
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Pending legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/14—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
    • F02C6/16—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads for storing compressed air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
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    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/301—Pressure

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of storage and recovery of energy by compressed gas, in particular compressed air.
  • Electrochemical technologies can also be used for energy storage, such as lithium-ion, lead-acid or nickel-cadmium batteries, or flow batteries.
  • CAES Compressed air energy storage and recovery
  • CAES Compressed Air Energy Storage
  • a variant of CAES technology is the adiabatic process, also called AACAES (Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage).
  • AACAES Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage
  • the main difference with CAES is that the heat resulting from compression is no longer just evacuated between each stage, i.e. lost, but stored in order to be able to heat the air upstream of the turbines in the energy recovery phase. Thanks to this reuse of the thermal energy internal to the process, the efficiency of AACAES can reach around 70% instead of around 50% for the CAES process.
  • the air can be cooled in the compression phase in a heat exchanger with a heat transfer fluid.
  • the hot heat transfer fluid will then be stored in order to be able to release its heat to the air during the expansion phase.
  • Patent application FR 31 17165 A1 (WO 2022/1 17398) concerns an AACAES system.
  • FIG. 1 schematically illustrates in the form of a block diagram such an AACAES system and method.
  • the system according to the prior art consists of a compression line (1), including one or more compression stages (3) depending on the air pressure to be achieved as well as the recommendations of the suppliers.
  • the compression line (1) comprises three compression stages (3).
  • Each compression stage (3) comprises a compression means (100, 101, 102), such as a compressor.
  • the compressor (100) is a low-pressure compressor
  • the compressor (101) is a medium-pressure compressor
  • the compressor (102) is a high-pressure compressor.
  • the gas used (10) in the illustrated method is ambient air, containing a water saturation linked to its temperature and pressure.
  • the air is compressed in the compression line (1) and then sent to a compressed air storage means (1000) suitable for high pressures.
  • Heat storage and recovery means (200, 201, 202) are arranged after each compressor (100, 101, 102) of each compression stage (3) in order to cool the hot compressed air at the compression outlet while storing this thermal energy.
  • the heat storage and recovery means (200) is suitable for low pressure
  • the heat storage and recovery means (201) is suitable for medium pressure
  • the heat storage and recovery means (202) is suitable for high pressure.
  • Cooling means may be arranged at the continuation of the heat storage and recovery means (200, 201, 202) if necessary in order to finish cooling the compressed air before the next compression stage or before its storage.
  • the condensed water resulting from the humidity of the air, is extracted from the air compression flow by gas-liquid separators (400, 401, 402) in order to have at the compressor inlet air without any trace of liquid water. This condensation of the water can take place in the heat storage and recovery means (200, 201, 202) and/or in the cooling means (300, 301, 302).
  • the compressed air is expanded via one or more turbines (700, 701, 702) or expansion stages, according to the suppliers' recommendations, in order to produce electricity via alternators, not shown in the diagram.
  • the turbine (702) is a low pressure turbine
  • the turbine (701) is a medium pressure turbine
  • the turbine (700) is a high pressure turbine.
  • each compressor (100, 101, 102) is defined for an operating point and this efficiency is maintained over a more or less extended range around this operating point.
  • the compression line is adapted to variable pressures between a minimum pressure and a maximum pressure at the outlet of the compression line, these minimum and maximum pressures depending on the operating range of the compressors (100, 101, 102) in order to ensure the efficiency of the compressors throughout the compression phase.
  • each turbine (700, 701, 702) is defined for an operating point and this efficiency is maintained over a more or less extended range around this operating point.
  • the expansion line is adapted to variable pressures between a minimum pressure and a maximum pressure at the inlet of the expansion line, these minimum and maximum pressures depending on the operating range of the turbines (700, 701, 702) in order to ensure the efficiency of the turbines throughout the expansion phase.
  • the pressure variation within the compressed air storage means (1000) is compatible with the pressure variations tolerated by the compressors (100, 101, 102) and the turbines (700, 701, 702), that is to say that:
  • the minimum pressure in the compressed gas storage means at the start of compression is at least equal to the greatest value of the minimum pressure at the outlet of the compression line and the minimum pressure at the inlet of the expansion line. Indeed, if the pressure in the compressed gas storage means is lower than the minimum pressure at the outlet of the compression line or that at the inlet of the expansion line, the operation of the compressors or turbines respectively is significantly impaired;
  • the maximum pressure in the compressed storage medium at the end of compression is less than or equal to the smallest value among the maximum pressure at the outlet of the line of compression and the maximum pressure at the inlet of the expansion line.
  • the pressure in the compressed gas storage means is higher than the maximum pressure at the outlet of the compression line or that at the inlet of the expansion line, the operation of the compressors or turbines respectively is significantly altered.
  • the compressors and turbines set the efficiency of the process and their operating ranges impose the minimum and maximum pressures of the compressed gas storage means. Outside this operating range, the efficiencies of the compressors and turbines are reduced.
  • a defined storage capacity i.e.
  • the pressure variations of the compressed gas storage means dimension the volume of the compressed gas storage means, and therefore the mass of the compressed gas storage means and its cost.
  • the HydrostorTM system (www.hydrostor.ca) concerns a compressed air energy storage system.
  • the compressed air tank is maintained at constant pressure by a column of water.
  • water is gradually injected into the compressed gas storage means to maintain the pressure and when the air is compressed to fill the compressed gas storage means, the water present in this compressed gas storage means is gradually evacuated to the surface.
  • the compressed gas storage means is a saline cavity, it is difficult to carry out this movement of water between the compression and expansion phases, because this would have the effect of solubilizing part of the salt in the wall of the saline cavity.
  • this solubilization of the salt in the tank can lead to corrosion problems in the pipes.
  • the object of the invention is to reduce the volume of the compressed gas storage means while maintaining the efficiency of the compression and expansion means.
  • the invention relates to a compressed gas energy storage and recovery system comprising:
  • each compression stage comprising a compression means and a storage and recovery of heat downstream, in the direction of gas circulation, from said compression means
  • expansion line for expanding compressed gas stored in the compressed gas storage means
  • the expansion line comprising at least one expansion stage, each expansion stage comprising conduits and an expansion means, the conduits being configured to circulate the compressed gas in at least one of the heat storage and recovery means so as to reheat the compressed gas before the expansion means.
  • the compressed gas energy storage and recovery system comprises a first pressure regulating means positioned between the last compression stage of the compression line and the compressed gas storage means and preferably a second pressure regulating means positioned between the compressed gas storage means and the first expansion stage of the expansion line.
  • the first pressure regulating means is configured to release the pressure at the outlet of the compression line to a first predetermined pressure.
  • the compressed gas storage means is located downstream of the first pressure regulating means.
  • the compression line is configured to reach a pressure, at the compression line outlet, between a minimum compression pressure and a maximum compression pressure and for which the first pressure regulating means is configured to release the pressure when the pressure of the compressed gas storage means is lower than the minimum compression pressure.
  • the first pressure regulating means is configured to be stopped when the pressure of the compressed gas storage means is greater than or equal to the minimum compression pressure.
  • the second pressure regulating means is configured to relieve the pressure exiting the compressed gas storage means before entering the pressure relief line to a second predetermined pressure.
  • the expansion line is configured to admit a pressure, at the expansion line inlet, between a minimum expansion pressure and a maximum expansion pressure and for which the second pressure regulation means is configured to release the pressure when the pressure of the compressed gas storage means is greater than the maximum expansion pressure.
  • the second pressure regulating means is configured to be stopped when the pressure of the compressed gas storage means is less than or equal to the maximum expansion pressure.
  • said first and/or second pressure regulating means comprise valves, preferably pressure control valves, turbines, and/or pressure reducers.
  • said first and/or second pressure regulating means comprise valves and buffer tanks.
  • each compression stage comprises a cooling means downstream of the heat storage and recovery means and preferably a gas/liquid separation means, downstream of the cooling means.
  • the invention also relates to a method for storing and recovering energy using compressed gas in which a compressed gas energy storage and recovery system is used according to one of the preceding variants or combinations of variants and in which: - in the compression phase:
  • the first pressure regulating means is used when the pressure at the outlet of the compression line is higher than the pressure of the compressed gas storage means, to release the pressure, preferably, to the pressure of the compressed gas storage means;
  • the first regulating means is stopped and the injection of compressed gas into the compressed gas storage means is continued until the pressure of the compressed gas storage means reaches a second predetermined value, preferably the maximum compression pressure; and preferably in the expansion phase:
  • the second pressure regulating means is used when the pressure leaving the compressed gas storage means is greater than the maximum pressure relief of the pressure relief line, to preferably relieve the pressure to the maximum pressure relief of the pressure relief line;
  • Figure 1 represents a compressed gas energy storage and recovery system according to the prior art.
  • Figure 2 shows a compressed gas energy storage and recovery system according to the invention.
  • Figure 3 shows the operation of the means of regulating the compressed gas energy storage and recovery system according to the invention.
  • upstream For the purposes of the invention, the terms “upstream”, “downstream”, “before” and “after” are understood in the direction of the gas flow in the system or process.
  • the invention relates to a system for storing and recovering energy using compressed gas (in particular air and more particularly air taken from the ambient environment) comprising:
  • each compression stage comprising a compression means, such as a compressor, and a means for storing and recovering heat downstream, in the direction of gas flow, of said compression means;
  • At least one means of storing compressed gas (a tank or a cavity in particular) for storing the compressed gas
  • expansion line for expanding compressed gas stored in the compressed gas storage means
  • the expansion line comprising at least one expansion stage, each expansion stage comprising pipes and an expansion means (a turbine for example), the pipes being configured to circulate the compressed gas in at least one of the heat storage and recovery means so as to reheat the compressed gas before the expansion means.
  • the compression line allows gas to be compressed when electricity production is higher than demand, the compressed gas can then be used to supply electricity when electricity demand is high.
  • the compression line allows therefore to store energy by compressed gas (in particular by compressed air, the air being advantageously taken from the ambient environment).
  • the expansion line allows the stored compressed gas to be transformed into mechanical energy, for example rotary, via the expansion means (a turbine for example) of each expansion stage.
  • the expansion means can be coupled to a generator (also called an alternator) to transform the mechanical energy into electricity.
  • the different stages compression or expansion respectively are successive, that is to say they are positioned in series, one after the other in the direction of gas circulation in the compression or expansion line respectively.
  • the first stage of the line considered through which the gas passes in the direction of circulation of the compressed gas in the system will be called the "first" compression or expansion stage.
  • the "last" compression or expansion stage will be called the last stage of the line considered which is crossed by the gas in the direction of circulation of the compressed gas in the system.
  • Each means of heat storage and recovery allows thermal energy to be recovered in addition to the energy from the compressed gas, which improves the efficiency of the system, the thermal energy being recovered during the expansion phase.
  • Heat storage and recovery means may be direct or indirect heat storage and recovery means.
  • direct heat storage and recovery means allows a direct heat exchange between the compressed gas (the heat of which is to be recovered in the compression phase and which is to be reheated in the expansion phase) and a heat storage material (which may be liquid, gaseous or solid, such as balls or gravel in particular). In other words, it may be a direct heat exchanger between the compressed gas and a heat storage and recovery material, such as a tank containing balls or gravel of a heat storage material.
  • indirect heat storage and recovery means that this heat storage and recovery means allows an indirect heat exchange between the compressed gas (the heat of which is to be recovered in the compression phase and which is to be reheated in the expansion phase) and a heat storage material (advantageously liquid or gaseous fluid).
  • the heat storage material is separated from the compressed gas by a wall which thus prevents the direct heat exchange between these two elements, hence the name “indirect exchange”.
  • it may be an indirect heat exchanger such as than a tube or plate exchanger, to allow the exchange of heat between the compressed gas and a heat storage and recovery fluid.
  • the means of storing the compressed gas may be an artificial reservoir or more advantageously an underground cavity, such as a salt cavity, an old mine or an aquifer.
  • the first regulating means can separate the compression line from the compressed gas storage means and preferably the second pressure regulating means (when the system comprises such a second pressure regulating means) can separate the compressed gas storage means from the expansion line.
  • the compression line stops at the first pressure regulating means and the expansion line starts at the second pressure regulating means.
  • the compressed gas energy storage and recovery system comprises a first pressure regulating means positioned between the last compression stage of the compression line and the compressed gas storage means and preferably a second pressure regulating means positioned between the compressed gas storage means and the first expansion stage of the expansion line.
  • the pressure regulating means ensures the minimum pressure in the compression line.
  • the pressure regulating means ensures the maximum pressure in the expansion line.
  • a greater pressure variation can thus be allowed in the compressed gas storage means (compared to the system without pressure regulating means).
  • the volume of the compressed gas storage means can then be reduced or more compressed gas can be stored/recovered in the same volume of compressed gas storage means. Thus, the performance of the system is increased.
  • the system may comprise a first pressure regulating means, located just upstream (i.e. directly upstream, in other words, there is no other equipment, other than a pipe possibly, between the first pressure regulating means and the compressed gas storage means) of the compressed gas storage means and/or the system may comprise a second pressure regulating means, located immediately downstream of the compressed gas storage means (i.e. directly downstream, in other words, there is no other equipment, other than a pipe if necessary, between the compressed gas storage means and the second pressure regulating means).
  • a first pressure regulating means located just upstream (i.e. directly upstream, in other words, there is no other equipment, other than a pipe possibly, between the first pressure regulating means and the compressed gas storage means) of the compressed gas storage means and/or the system may comprise a second pressure regulating means, located immediately downstream of the compressed gas storage means (i.e. directly downstream, in other words, there is no other equipment, other than a pipe if necessary, between the compressed gas storage means and the second pressure regulating means).
  • the compressed gas energy storage and recovery system may comprise a first pressure regulating means positioned between the last compression stage of the compression line and the compressed gas storage means and a second pressure regulating means positioned between the compressed gas storage means and the first expansion stage of the expansion line.
  • pressure regulating means on either side of the compressed gas storage means, it is possible to simultaneously increase the quantity of gas stored and recovered and therefore improve the performance and/or further reduce the volume of the compressed gas storage means.
  • the overall efficiency is reduced by the use of the regulating means, the overall performance of the system is improved, in particular the reduction in the volume of the compressed gas storage means.
  • the first pressure regulating means can be configured to release the pressure at the outlet of the compression line to a first predetermined pressure.
  • the minimum pressure of the compression line can be guaranteed, for the proper operation of the compression means (such as compressors), and allow a lower pressure in the compressed gas storage means (the gas can then be released in the expansion phase to a lower pressure and therefore more gas can be recovered).
  • the compression line can be configured to reach a pressure, at the compression line outlet, between a minimum compression pressure and a maximum compression pressure, so as to ensure the operation of the compression means (in particular the compressors) within their operating ranges.
  • the minimum and maximum compression pressures then correspond to the pressures at the compression line outlet corresponding to these operating ranges.
  • the first pressure regulating means can be configured to release the pressure when the (instantaneous) pressure of the compressed gas storage means is lower than the minimum compression pressure.
  • the compression means do not work with an outlet pressure lower than this minimum compression pressure, so as to ensure proper operation and to avoid damaging them.
  • the first pressure regulating means may be configured to be stopped when the pressure of the compressed gas storage means is greater than or equal to the minimum compression pressure.
  • the pressure of the compressed gas storage means reaches at least the minimum compression pressure, the compression line can then work within its normal operating range. By then stopping the pressure regulation, it is possible to limit the energy losses linked to the regulation and thus optimize the overall efficiency of the system.
  • the second pressure regulating means may be configured to release the pressure exiting the compressed gas storage means before entering the expansion line to a second predetermined pressure.
  • the maximum pressure of the expansion line can be guaranteed, for the proper operation of the expansion means (such as turbines), and allow a higher pressure in the compressed gas storage means (the pressure resulting from the end of the compression phase can then be increased and therefore the quantity of gas stored in the compressed gas storage means can be increased).
  • the expansion line can be configured to admit a pressure, at the expansion line inlet, between a minimum expansion pressure and a maximum expansion pressure so as to ensure the operation of the expansion means (particularly turbines) within their operating ranges.
  • the minimum and maximum expansion pressures then correspond to the pressures at the expansion line inlet corresponding to these operating ranges.
  • the second pressure regulating means can be configured to release the pressure when the pressure of the compressed gas storage means is greater than the maximum expansion pressure.
  • the expansion means do not work with an outlet pressure greater than this maximum pressure, so as to ensure proper operation and to avoid damaging them.
  • the second pressure regulating means may be configured to be stopped when the pressure of the compressed gas storage means is less than or equal to the maximum expansion pressure. Indeed, when the pressure of the compressed gas storage means is below the maximum expansion pressure, the expansion line can then work within its normal operating range. By then stopping the pressure regulation, it is possible to limit the energy losses linked to the regulation and thus optimize the overall efficiency of the system.
  • said first and/or second pressure regulating means may comprise valves, preferably pressure control valves, turbines, and/or pressure reducers. These members allow precise and controlled regulation of the pressure. They may be active (i.e. controlled by a means of controlled for example by a computer or calculator) or be passive (they open and close depending on the pressure, without requiring control).
  • said first and/or second pressure regulating means may comprise valves and buffer tanks, i.e. a tank of smaller size than the compressed gas storage means.
  • buffer tanks i.e. a tank of smaller size than the compressed gas storage means.
  • each compression stage may comprise a cooling means downstream (in the direction of circulation of the compressed gas) of the heat storage and recovery means so as to cool the gas as much as possible before it enters the next compression stage.
  • each compression stage may comprise a gas/liquid separation means, downstream (in the direction of circulation of the compressed gas) of the cooling means.
  • condensation may appear. This water, in liquid form, may come from the water vapor initially contained in the gas taken, in particular if it is ambient air, and it may damage the compression means of the next stage, in particular if it is a compressor.
  • the gas/liquid separation means then makes it possible to eliminate the liquid phase contained in the compressed gas.
  • the invention also relates to a method for storing and recovering energy by compressed gas in which a system for storing and recovering energy by compressed gas is used according to any one of the variants or combinations of variants described above.
  • the method may in particular comprise a compression step, a compressed gas storage step and an expansion step.
  • at least the following steps are carried out:
  • the first pressure regulating means is used when the pressure at the outlet of the compression line is higher than the (instantaneous) pressure of the compressed gas storage means, to release the pressure, preferably, to the pressure of the compressed gas storage means.
  • the compressed gas storage means can be made to work at a pressure lower than the minimum compression pressure, in particular by releasing the compressed gas to such a value.
  • the pressure regulation is stopped with the first regulation means and the injection of compressed gas into the compressed gas storage means is continued until the pressure of the compressed gas storage means reaches a second predetermined value, preferably the minimum compression pressure, maximum compression pressure.
  • the maximum pressure of the compressed gas storage means is equal to the maximum compression pressure of the compression line.
  • the second pressure regulating means is used when the pressure leaving the compressed gas storage means is greater than the maximum pressure relief of the pressure relief line, to relieve the pressure, preferably, to the maximum pressure relief of the pressure relief line.
  • the compressed gas storage means can be made to work at a pressure greater than the maximum pressure relief.
  • the pressure regulation is stopped with the second regulating means and the pressure relief phase is continued until the pressure at the inlet of the pressure relief line reaches a second predetermined criterion, preferably the minimum pressure relief.
  • the minimum pressure of the compressed gas storage means is equal to the minimum pressure relief of the pressure relief line.
  • the first regulating means can separate the compression line from the compressed gas storage means and preferably the second pressure regulating means (when the system comprises such a second pressure regulating means) can separate the compressed gas storage means from the expansion line.
  • the compression line stops at the first pressure regulating means and the expansion line starts at the second pressure regulating means.
  • the compression line, upstream of the first pressure regulation means is configured to reach a pressure, at the compression line outlet, between a minimum compression pressure and a maximum compression pressure and the pressure of the compression line, downstream of the first pressure production means, can be relaxed when the pressure of the compressed gas storage means is lower than the minimum compression pressure, thanks to the first pressure regulation means.
  • the expansion line can be configured to admit a pressure, at the inlet of the expansion line and downstream of the second pressure regulating means, between a minimum expansion pressure and a maximum expansion pressure and the pressure can be released using the second pressure regulating means when the pressure of the compressed gas storage medium is greater than the maximum expansion pressure.
  • the second pressure regulating means can be stopped (it then behaves like a pipe), when the pressure of the compressed gas storage means is less than or equal to the maximum expansion pressure.
  • Figure 2 illustrates, in a schematic and non-limiting manner, a compressed gas energy storage and recovery system according to one embodiment of the invention.
  • Figure 2 illustrates a compression line with three compression stages and an expansion line with three expansion stages.
  • the invention is suitable for other configurations, in other words with other numbers of compression stages and expansion stages.
  • the number of expansion stages may be different from the number of compression stages.
  • Figure 2 differs from Figure 1 by the addition of a first pressure regulating means (2000) and a second pressure regulating means (2001).
  • the first pressure regulating means (2000) is located after the compression line, between the last compression stage and the compressed gas storage means (1000). In other words, it is positioned just upstream of the compressed gas storage means (1000).
  • the second pressure regulating means (2001) is located before the expansion line, between the compressed gas storage means (1000) and the first expansion stage. In other words, it is positioned just downstream of the compressed gas storage means (1000).
  • the first and second pressure regulating means (2000) and (2001) each advantageously comprise a pressure control valve, preferably each associated with a buffer tank (not shown), i.e. a tank of smaller size (smaller volume) than the compressed gas storage means.
  • the compression means (100, 101, 102) may be compressors, for example axial or centrifugal compressors.
  • the relaxation means (700, 701, 702) may be turbines, advantageously each coupled to a generator to generate electrical energy.
  • the compressed gas storage means (1000) may be a natural cavity, such as a salt cavity, an old mine, an aquifer, or an artificial reservoir.
  • the system of the invention could not include cooling means (300, 301, 302) or could include only some of them.
  • the system of the invention could not include gas/liquid separation means (400, 401, 402) or could include only some of them.
  • the cooling means (300, 301, 302) and the gas/liquid separation means (400, 401, 402) are optional.
  • Each compression means (100, 101, 102) is configured to operate over a defined operating range so as to maximize its efficiency.
  • This operating range corresponds to the minimum and maximum acceptable pressures at the outlet of each compression stage and which thus defines minimum and maximum compression pressures at the outlet of the last compression stage.
  • Each expansion means (700, 701, 702) is configured to operate over a defined operating range so as to maximize its efficiency.
  • This operating range corresponds to the minimum and maximum acceptable pressures at the inlet of each expansion stage and which thus defines minimum and maximum expansion pressures at the inlet of the first expansion stage.
  • the compressed gas storage means (1000) defines the energy storage capacity of the process and the system, in particular by its volume and pressure variation pair.
  • the storage capacity is defined by the quantity of gas stored in the compressed gas storage means (1000) between the start and the end of the compression phase, or by the quantity of gas recovered from the compressed gas storage means (1000) between the start and the end of the expansion phase.
  • the pressure difference (or pressure variation) of the compressed gas storage means (1000) between the start and the end of each phase, compression or expansion also called “breathing of the cavity" imposes for a defined storage capacity, a fixed volume of compressed gas storage means.
  • the lower the breathing of the cavity the higher the volume of the compressed gas storage means will be. Conversely, the higher the breathing of the cavity, the lower the volume of the compressed gas storage means will be.
  • the volume of the compressed gas storage medium (1000) is the volume of the compressed gas storage medium (1000).
  • the energy storage capacity and the volume of the compressed gas storage medium (1000) are connected by the breathing of the cavity.
  • the efficiency of the process depends on the efficiencies of the compression and expansion means, and therefore on their operating range, as explained above.
  • first and second pressure regulating means (2000) and (2001) on either side of the compressed gas storage means (1000) allows flexibility in the sizing of the overall process and the compressed gas storage means (1000) and therefore their overall optimization.
  • the use of the first and second pressure regulating means (2000, 2001) makes it possible to optimize the volume of the compressed gas storage means (1000) with imposed storage capacity.
  • the minimum pressure of the compressed gas storage means (1000) can be equal to the minimum expansion pressure and the maximum pressure of the compressed gas storage means (1000) can be equal to the maximum compression pressure.
  • Figure 3 illustrates, in a schematic and non-limiting manner, the operation of the regulating means of the compressed gas energy storage and recovery system according to the invention.
  • the diagram illustrates the variation in pressure P over time T.
  • the light grey curves Comp and Det correspond to the pressures respectively at the outlet of the last compression stage and at the inlet of the first expansion stage and the black curve represents the pressure variation within the compressed gas storage means thanks to the first and second pressure regulation means.
  • the compression curve Comp is read in the direction of the variation of time T while the curve Det is read in the opposite direction of time T.
  • Pressure regulation can be carried out in two stages, depending on the number and location of the regulation means, at the start of compression and at the start of expansion.
  • the first regulation (Regull ) can occur as follows: o At the start of compression (Comp), the minimum compression pressure P0C is higher than the minimum pressure of the compressed gas storage means PO, the first pressure regulation means expands the compressed gas leaving the last compression stage, before it enters the compressed gas storage means, to adapt and reach the (instantaneous) pressure of the compressed gas storage means; o Gradually, the pressure increases in the compressed gas storage means and as long as this instantaneous pressure remains lower than the minimum compression pressure P0C, the first pressure regulation means continues to expand the compressed gas entering the compressed gas storage means to adapt and reach the pressure in the compressed gas storage means at each instant T; o The pressure in the compressed gas storage means eventually reaches the minimum compression pressure P0C, the first pressure regulation means stops: this is the end of the regulation zone; o The pressure reached at the outlet of the compression line increases progressively while increasing
  • Table 1 illustrates the prior art system and Table 2 illustrates the system according to the invention.
  • Table 2 (according to the invention): [Table 2] Comparison of Tables 1 and 2 shows that the system of the invention, with the pressure regulation means, allows an optimization of efficiency/dimensioning by reducing the volume of the compressed gas storage means by 50% while losing only 2% of efficiency for the same storage capacity.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé et un système de stockage et de récupération d'énergie par gaz comprimé comprenant : - une ligne de compression (1) de gaz avec au moins un étage de compression (3), - au moins un moyen de stockage de gaz comprimé (1000) pour stocker le gaz comprimé, - une ligne de détente (2) pour détendre du gaz comprimé stocké dans le moyen de stockage de gaz comprimé, la ligne de détente (2) comprenant au moins un étage de détente (4), un moyen de détente (700, 701, 702) En outre, le système de stockage et de récupération d'énergie par gaz comprimé comprend un premier moyen de régulation de la pression (2000) positionné entre le dernier étage de compression de la ligne de compression (1) et le moyen de stockage de gaz comprimé (1000) et de préférence un deuxième moyen de régulation de la pression (2001) positionné entre le moyen de stockage de gaz comprimé (1000) et le premier étage de détente de la ligne de détente (2).

Description

SYSTEME DE STOCKAGE ET DE RECUPERATION D’ENERGIE PAR GAZ COMPRIME AVEC UN DISPOSITIF DE REGULATION DE LA PRESSION
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine technique du stockage et de la récupération d’énergie par gaz comprimé, notamment d’air comprimé.
Alors que les objectifs énergétiques mondiaux visent à favoriser les énergies renouvelables afin d’augmenter progressivement la proportion des énergies renouvelables dans le mix énergétique, le caractère variable de ces énergies renouvelables demeure leur inconvénient majeur. Pour répondre à cette problématique, le stockage d’énergie apparait comme une solution très avantageuse. En stockant le surplus d’énergie produit au pic de production afin d’en disposer lorsque celle-ci devient inférieure à la demande, le stockage permet de s’affranchir de la contrainte de variabilité et apporte une flexibilité, voire une continuité, aux énergies renouvelables. Ainsi, le besoin en procédé et en système de stockage d’énergie devrait s’accroître dans les prochaines années, avec la proportion des énergies renouvelables dans le mix mondial.
De nombreuses technologies de stockage existent à l’heure actuelle comme les stockages de type mécanique tels que les Stations de Transfert d’Energie par Pompage (STEP) utilisant l’hydroélectricité produite par deux réservoirs d’eau situés à différentes altitudes. En phase de stockage d’électricité, l’eau du réservoir inférieur est pompée vers le réservoir supérieur et stockée à cette altitude. Lorsque la demande en électricité augmente, l’eau du réservoir supérieur est renvoyée vers le réservoir inférieur en passant par une turbine hydraulique qui va alors générer, via un alternateur, de l’électricité. Les barrages hydroélectriques fonctionnent également sur le même concept : le barrage retient l’eau à une altitude plus importante en amont qu’en aval et lorsque la demande en électricité augmente, le barrage libère l’eau en la faisant passer par des turboalternateurs hydrauliques produisant l’électricité.
Des technologies de type électrochimique peuvent être également utilisées pour le stockage d’énergie telles que les batteries lithium-ion, plomb-acide ou encore nickel-cadmium, ou bien des batteries à circulation.
Le stockage et la récupération d’énergie par air comprimé, connu sous le nom de CAES (de l’anglais « Compressed Air Energy Storage ») est une technologie pour laquelle une première installation a été construite en Allemagne fin des années 1970, d’une puissance de 290 MW. Le principe de cette technologie est d’utiliser l’électricité produite et non consommée pour comprimer un gaz, typiquement, de l’air. Afin d’éviter tout dommage sur les compresseurs, la chaleur résultant de la compression est évacuée entre chaque étage. L’air comprimé à moyenne ou haute pression (40 bar à 300 bar, soit 4 à 30 MPa) est envoyé dans un stockage de type naturel tel qu’une cavité saline, une mine (sel, calcaire, charbon) ou encore dans un stockage artificiel en attendant la phase de décharge de l’énergie. Lors de la phase de production d’électricité, l’air stocké est extrait du stockage afin d’être détendu dans des turboalternateurs.
Une variante de la technologie CAES est le procédé adiabatique, également appelé AACAES (de l’anglais « Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage »). La différence principale avec le CAES est que la chaleur résultant de la compression n’est plus seulement évacuée entre chaque étage, c’est-à-dire perdue, mais stockée afin de pouvoir réchauffer l’air en amont des turbines en phase de récupération d’énergie. Grâce à cette réutilisation de l’énergie thermique interne au procédé, le rendement de l’AACAES peut atteindre environ 70% au lieu d’environ 50% pour le procédé CAES. Le refroidissement de l’air en phase de compression peut se faire dans un échangeur de chaleur avec un fluide caloporteur. Le fluide caloporteur chaud sera alors stocké afin de pouvoir céder sa chaleur à l’air lors de la phase de détente.
Technique antérieure
La demande de brevet FR 31 17165 A1 (WO 2022/1 17398) concerne un système AACAES.
La figure 1 illustre, schématiquement sous la forme de schéma bloc, un tel système et procédé AACAES. Sur cette figure, sont représentées la phase de stockage d’énergie par compression d’un gaz, et la phase de production d’énergie par détente d’un gaz. Le système selon l’art antérieur se compose d’une ligne de compression (1 ), incluant un ou plusieurs étages de compression (3) en fonction de la pression de l’air à atteindre ainsi que des recommandations des fournisseurs. Dans le mode de réalisation illustré, la ligne de compression (1 ) comprend trois étages (3) de compression. Chaque étage de compression (3) comporte un moyen de compression (100, 101 , 102), tel qu’un compresseur. Le compresseur (100) est un compresseur basse pression, le compresseur (101 ) est un compresseur moyenne pression, et le compresseur (102) est un compresseur haute pression. Le gaz utilisé (10) dans le procédé illustré est de l’air ambiant, contenant une saturation en eau liée à sa température et sa pression. Durant la phase de stockage d’énergie, l’air est comprimé dans la ligne de compression (1 ) puis envoyé dans un moyen de stockage d’air comprimé (1000) adapté aux hautes pressions. Des moyens de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) sont disposés après chaque compresseur (100, 101 , 102) de chaque étage de compression (3) afin de refroidir l’air comprimé chaud en sortie de compression tout en stockant cette énergie thermique. Le moyen de stockage et de récupération de la chaleur (200) est adapté à la basse pression, le moyen de stockage et de récupération de la chaleur (201 ) est adapté à la moyenne pression et le moyen de stockage et de récupération de la chaleur (202) est adapté à la haute pression. Des moyens de refroidissement (300, 301 , 302) peuvent être disposés à la suite des moyens de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) si nécessaire afin de finir le refroidissement de l’air comprimé avant le prochain étage de compression ou avant son stockage. Une fois l’air refroidi et avant l’étage de compression suivant, l’eau condensée, issue de l’humidité de l’air, est extraite du flux de compression d’air par des séparateurs gaz-liquide (400, 401 , 402) afin d’avoir en entrée de compresseur un air sans trace d’eau liquide. Cette condensation de l’eau peut avoir lieu dans les moyens de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) et/ou dans les moyens de refroidissement (300, 301 , 302). Durant la phase de production d’énergie, l’air comprimé est détendu via une ou plusieurs turbines (700, 701 , 702) ou étages de détente, selon les recommandations des fournisseurs, afin de produire de l’électricité via des alternateurs, non représentés sur le schéma. La turbine (702) est une turbine basse pression, la turbine (701 ) est une turbine moyenne pression et la turbine (700) est une turbine haute pression.
Le rendement de chaque compresseur (100, 101 , 102) est défini pour un point de fonctionnement et ce rendement est conservé sur une plage plus ou moins étendue autour de ce point de fonctionnement. De ce fait, la ligne de compression est adaptée à des pressions variables entre une pression minimale et une pression maximale en sortie de la ligne de compression, ces pressions minimale et maximale dépendant de la plage de fonctionnement des compresseurs (100, 101 , 102) afin d’assurer le rendement des compresseurs tout au long de la phase de compression.
Le rendement de chaque turbine (700, 701 , 702) est défini pour un point de fonctionnement et ce rendement est conservé sur une plage plus ou moins étendue autour de ce point de fonctionnement. De ce fait, la ligne de détente est adaptée à des pressions variables entre une pression minimale et une pression maximale en entrée de la ligne de détente, ces pressions minimale et maximale dépendant de la plage de fonctionnement des turbines (700, 701 , 702) afin d’assurer le rendement des turbines tout au long de la phase de détente.
Pour que le procédé soit opérationnel, il est nécessaire que la variation de pression au sein du moyen de stockage d’air comprimé (1000) soit compatible avec les variations de pression tolérées par les compresseurs (100, 101 , 102) et les turbines (700, 701 , 702), c’est-à-dire que :
- la pression minimale dans le moyen de stockage de gaz comprimé en début de compression est au moins égale à la plus grande valeur parmi la pression minimale en sortie de la ligne de compression et de la pression minimale en entrée de la ligne de détente. En effet, si la pression dans le moyen de stockage de gaz comprimé est inférieure à la pression minimale en sortie de la ligne de compression ou à celle en entrée de la ligne de détente, le fonctionnement, respectivement des compresseurs ou des turbines est significativement altéré ;
- la pression maximale dans le moyen de stockage comprimé en fin de compression soit inférieure ou égale à la plus petite valeur parmi la pression maximale en sortie de la ligne de compression et à la pression maximale en entrée de la ligne de détente. En effet, si la pression dans le moyen de stockage de gaz comprimé est supérieure à la pression maximale en sortie de la ligne de compression ou à celle en entrée de la ligne de détente, le fonctionnement, respectivement des compresseurs ou des turbines est significativement altéré. Ainsi, les compresseurs et turbines fixent le rendement du procédé et leurs plages de fonctionnement imposent les pressions minimale et maximale du moyen de stockage de gaz comprimé. En dehors de cette plage de fonctionnement, les rendements des compresseurs et des turbines sont réduits. De plus, pour une capacité de stockage définie (c’est-à-dire la quantité de gaz stocké dans le moyen de stockage de gaz comprimé (1000) entre le début et la fin de la phase de compression, ou encore par la quantité de gaz déstocké du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) entre le début et la fin de la phase de détente), les variations de pression du moyen de stockage de gaz comprimé dimensionnent le volume du moyen de stockage de gaz comprimé, et donc la masse du moyen de stockage de gaz comprimé et son coût. Ainsi, il n’est pas possible de réduire le volume du moyen de stockage de gaz comprimé sans dégrader les rendements des compresseurs et/ou turbines (c’est-à-dire sans faire travailler les compresseurs et/ou turbines en dehors de leur plage de fonctionnement).
Le système Hydrostor™ (www.hydrostor.ca) concerne un système de stockage d’énergie par air comprimé. Le réservoir d’air comprimé est maintenu en pression constante grâce à une colonne d’eau. Ainsi, quand l’air du moyen de stockage de gaz comprimé est détendu, de l’eau est injectée progressivement dans le moyen de stockage de gaz comprimé pour conserver la pression et quand l’air est comprimé pour remplir le moyen de stockage de gaz comprimé, l’eau présente dans ce moyen de stockage de gaz comprimé est progressivement évacuée vers la surface. Toutefois, lorsque le moyen de stockage de gaz comprimé est une cavité saline, il est difficile d’effectuer ce mouvement d’eau entre les phases de compression et détente, car cela aurait pour effet de solubiliser une partie du sel de la paroi de la cavité saline. Par ailleurs, cette solubilisation du sel du réservoir peut entraîner des problèmes de corrosion dans les tuyauteries.
Résumé de l’invention
L’objet de l’invention consiste à réduire le volume du moyen de stockage de gaz comprimé en maintenant le rendement des moyens de compression et de détente.
L’invention concerne un système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comprenant :
- une ligne de compression de gaz avec au moins un étage de compression, chaque étage de compression comprenant un moyen de compression et un moyen de stockage et de récupération de la chaleur en aval, dans le sens de circulation du gaz, dudit moyen de compression,
- au moins un moyen de stockage de gaz comprimé pour stocker le gaz comprimé,
- une ligne de détente pour détendre du gaz comprimé stocké dans le moyen de stockage de gaz comprimé, la ligne de détente comprenant au moins un étage de détente, chaque étage de détente comprenant des conduites et un moyen de détente, les conduites étant configurées pour faire circuler le gaz comprimé dans au moins un des moyens de stockage et de récupération de la chaleur de manière à réchauffer le gaz comprimé avant le moyen de détente.
De plus, le système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comprend un premier moyen de régulation de la pression positionné entre le dernier étage de compression de la ligne de compression et le moyen de stockage de gaz comprimé et de préférence un deuxième moyen de régulation de la pression positionné entre le moyen de stockage de gaz comprimé et le premier étage de détente de la ligne de détente.
Avantageusement, le premier moyen de régulation de la pression est configuré pour détendre la pression en sortie de la ligne de compression jusqu’à une première pression prédéterminée. Le moyen de stockage de gaz comprimé est situé en aval du premier moyen de régulation de la pression.
De préférence, la ligne de compression est configurée pour atteindre une pression, en sortie de ligne de compression, comprise entre une pression minimale de compression et une pression maximale de compression et pour lequel le premier moyen de régulation de la pression est configuré pour détendre la pression lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé est inférieure à la pression minimale de compression.
Selon une variante de l’invention, le premier moyen de régulation de la pression est configuré pour être arrêté lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé est supérieure ou égale à la pression minimale de compression.
De manière avantageuse, le deuxième moyen de régulation de la pression est configuré pour détendre la pression sortant du moyen de stockage de gaz comprimé avant d’entrer dans la ligne de détente jusqu’à une deuxième pression prédéterminée.
Préférentiellement, la ligne de détente est configurée pour admettre une pression, en entrée de ligne de détente, comprise entre une pression minimale de détente et une pression maximale de détente et pour lequel le deuxième moyen de régulation de la pression est configuré pour détendre la pression lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé est supérieure à la pression maximale de détente.
De préférence, le deuxième moyen de régulation de la pression est configuré pour être arrêté lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé est inférieure ou égale à la pression maximale de détente. Avantageusement, lesdits premier et/ou deuxième moyens de régulation de la pression comprennent des vannes, de préférence des vannes de contrôle de pression, des turbines, et/ou des détendeurs.
De manière préférée, lesdits premier et/ou deuxième moyens de régulation de la pression comprennent des vannes et des ballons tampons.
Avantageusement, chaque étage de compression comprend un moyen de refroidissement en aval du moyen de stockage et de récupération de la chaleur et de préférence un moyen de séparation gaz/liquide, en aval du moyen de refroidissement.
L’invention concerne aussi un procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé dans lequel on utilise un système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon l’une des variantes ou combinaisons de variantes précédentes et dans lequel : - en phase de compression :
* on utilise le premier moyen de régulation de la pression lorsque la pression en sortie de la ligne de compression est supérieure à la pression du moyen de stockage de gaz comprimé, pour détendre la pression, de préférence, à la pression du moyen de stockage de gaz comprimé ;
* puis, lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé atteint une première valeur prédéterminée, de préférence la pression minimale de compression, on arrête le premier moyen de régulation et on continue l’injection de gaz comprimé dans le moyen de stockage de gaz comprimé jusqu’à ce que la pression du moyen de stockage de gaz comprimé atteigne une deuxième valeur prédéterminée, de préférence la pression maximale de compression ; et de préférence en phase de détente :
* on utilise le deuxième moyen de régulation de la pression lorsque la pression sortant du moyen de stockage de gaz comprimé est supérieure à la pression maximale de détente de la ligne de détente, pour détendre la pression, de préférence, à la pression maximale de détente de la ligne de détente ;
* puis, lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé devient inférieure ou égale à un premier critère prédéterminé, de préférence la pression maximale de détente, on arrête le deuxième moyen de régulation et on continue la phase de détente jusqu’à ce que la pression en entrée de la ligne de détente atteigne un deuxième critère prédéterminé, de préférence la pression minimale de détente. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages du système et/ou 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.
La figure 1 (déjà décrite) représente un système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon l’art antérieur.
La figure 2 représente un système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon l’invention.
La figure 3 représente le fonctionnement des moyens de régulation du système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon l’invention.
Description des modes de réalisation
Au sens de l’invention, les termes « amont », « aval », « avant » et « après » s’entendent dans le sens de l’écoulement de gaz dans le système ou le procédé.
L’invention concerne un système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé (notamment de l’air et plus particulièrement de l’air prélevé dans le milieu ambiant) comprenant :
- une ligne de compression de gaz avec au moins un étage de compression, chaque étage de compression comprenant un moyen de compression, tel qu’un compresseur, et un moyen de stockage et de récupération de la chaleur en aval, dans le sens de circulation du gaz, dudit moyen de compression ;
- au moins un moyen de stockage de gaz comprimé (un réservoir ou une cavité notamment) pour stocker le gaz comprimé,
- une ligne de détente pour détendre du gaz comprimé stocké dans le moyen de stockage de gaz comprimé, la ligne de détente comprenant au moins un étage de détente, chaque étage de détente comprenant des conduites et un moyen de détente (une turbine par exemple), les conduites étant configurées pour faire circuler le gaz comprimé dans au moins un des moyens de stockage et de récupération de la chaleur de manière à réchauffer le gaz comprimé avant le moyen de détente.
Ainsi, la ligne de compression permet de comprimer du gaz, lorsque la production d’électricité est supérieure à la demande, le gaz comprimé pouvant ensuite être utilisé pour fournir de l’électricité lorsque la demande d’électricité est importante. La ligne de compression permet donc de stocker de l’énergie par gaz comprimé (notamment par air comprimé, l’air étant prélevé avantageusement dans l’environnement ambiant).
La ligne de détente permet de transformer le gaz comprimé stocké en énergie mécanique, par exemple rotative, par l’intermédiaire du moyen de détente (une turbine par exemple) de chaque étage de détente. Avantageusement, le moyen de détente peut être couplé à un générateur (aussi appelé alternateur) pour transformer l’énergie mécanique en électricité.
Dans la ligne de compression comme dans la ligne de détente, les différents étages (de compression ou de détente respectivement) sont successifs, c’est-à-dire qu’ils sont positionnés en série, les uns après les autres dans le sens de circulation du gaz dans la ligne de compression ou de détente respectivement.
On appellera « premier » étage de compression ou de détente, le premier étage de la ligne considérée qui est traversé par le gaz dans le sens de circulation du gaz comprimé dans le système.
On appellera, « dernier » étage de compression ou de détente, le dernier étage de la ligne considérée qui est traversé par le gaz dans le sens de circulation du gaz comprimé dans le système.
Chaque moyen de stockage et de récupération de la chaleur permet de récupérer l’énergie thermique en plus de l’énergie du gaz comprimé, ce qui permet d’améliorer le rendement du système, l’énergie thermique étant récupérée lors de la phase de détente.
Les moyens de stockage et de récupération de la chaleur peuvent être des moyens de stockage et de récupération de la chaleur direct ou indirect.
Par « moyen de stockage et de récupération de la chaleur direct », on entend que ce moyen de stockage et de récupération de la chaleur permet un échange de chaleur direct entre le gaz comprimé (dont la chaleur est à récupérer en phase de compression et qui est à réchauffé en phase de détente) et un matériau de stockage de la chaleur (qui peut être liquide, gazeux ou solides, comme des billes ou des graviers notamment). En d’autres termes, il peut s’agir d’un échangeur de chaleur direct entre le gaz comprimé et un matériau de stockage et de récupération de la chaleur, tel qu’un réservoir contenant des billes ou des graviers d’un matériau de stockage de chaleur.
Par « moyen de stockage et de récupération de la chaleur indirect », on entend que ce moyen de stockage et de récupération de la chaleur permet un échange de chaleur indirect entre le gaz comprimé (dont la chaleur est à récupérer en phase de compression et qui est à réchauffé en phase de détente) et un matériau de stockage de la chaleur (avantageusement fluide liquide ou gazeux). Le matériau de stockage de la chaleur est séparé du gaz comprimé par une paroi qui empêche ainsi l’échange direct de chaleur entre ces deux éléments, d’où la dénomination « échange indirect ». En d’autres termes, il peut s’agir d’un échangeur de chaleur indirect tel qu’un échangeur à tubes ou à plaques, pour permettre l’échange de chaleur entre le gaz comprimé et un fluide de stockage et de récupération de la chaleur.
Le moyen de stockage du gaz comprimé peut être un réservoir artificiel ou plus avantageusement une cavité sous-terraine, telle qu’une cavité saline, une ancienne mine ou un aquifère.
Avantageusement, le premier moyen de régulation peut séparer la ligne de compression du moyen de stockage de gaz comprimé et de préférence le deuxième moyen de régulation de la pression (lorsque le système comprend un tel deuxième moyen de régulation de la pression) peut séparer le moyen de stockage de gaz comprimé de la ligne de détente. En d’autres termes, la ligne de compression s’arrête au niveau du premier moyen de régulation de la pression et la ligne de détente démarre au niveau du deuxième moyen de régulation de la pression.
Selon l’invention, le système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comprend un premier moyen de régulation de la pression positionné entre le dernier étage de compression de la ligne de compression et le moyen de stockage de gaz comprimé et de préférence un deuxième moyen de régulation de la pression positionné entre le moyen de stockage de gaz comprimé et le premier étage de détente de la ligne de détente. En effet, on peut ainsi réguler la pression dans le moyen de stockage de gaz comprimé de manière à augmenter la variation de pression du moyen de stockage de gaz comprimé tout en assurant la plage de pression acceptable pour la ligne de compression et/ou de détente.
En effet, lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé est inférieure à la pression minimale pour la ligne de compression, le moyen de régulation de la pression permet d’assurer la pression minimale dans la ligne de compression. De la même manière, lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé est supérieure à la pression maximale pour la ligne de détente, le moyen de régulation de la pression permet d’assurer la pression maximale dans la ligne de détente. De plus, on peut ainsi permettre une variation de pression plus grande dans le moyen de stockage de gaz comprimé (par rapport au système sans moyen de régulation de la pression). On peut alors réduire le volume du moyen de stockage de gaz comprimé ou stocker/récupérer plus de gaz comprimé dans un même volume de moyen de stockage de gaz comprimé. Ainsi, on augmente les performances du système.
Par exemple, le système peut comprendre un premier moyen de régulation de la pression, situé juste en amont (c’est-à-dire directement en amont, en d’autres termes, il n’y a pas d’autre équipement, autre qu’une conduite éventuellement, entre le premier moyen de régulation de la pression et le moyen de stockage de gaz comprimé) du moyen de stockage de gaz comprimé et/ou le système peut comprendre un deuxième moyen de régulation de la pression, situé juste en aval du moyen de stockage de gaz comprimé (c’est-à-dire directement en aval, en d’autres termes, il n’y a pas d’autre équipement, autre qu’une conduite éventuellement, entre le moyen de stockage de gaz comprimé et le deuxième moyen de régulation de la pression).
De préférence, le système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé peut comprendre un premier moyen de régulation de la pression positionné entre le dernier étage de compression de la ligne de compression et le moyen de stockage de gaz comprimé et un deuxième moyen de régulation de la pression positionné entre le moyen de stockage de gaz comprimé et le premier étage de détente de la ligne de détente. En utilisant des moyens de régulation de la pression de part et d’autre du moyen de stockage de gaz comprimé, on peut simultanément augmenter la quantité de gaz stockée et récupérée et donc améliorer les performances et/ou réduire encore le volume du moyen de stockage de gaz comprimé. En effet, de manière surprenante, bien que le rendement global soit réduit par l’utilisation des moyens de régulation, les performances globales du système sont améliorées, notamment la réduction du volume du moyen de stockage de gaz comprimé.
De manière avantageuse, le premier moyen de régulation de la pression peut être configuré pour détendre la pression en sortie de la ligne de compression jusqu’à une première pression prédéterminée. De ce fait, on peut garantir la pression minimale de la ligne de compression, pour le bon fonctionnement des moyens de compression (tels que des compresseurs), et permettre une pression plus basse dans le moyen de stockage de gaz comprimé (on peut alors détendre le gaz en phase de détente jusqu’à une pression plus basse et donc récupérée plus de quantité de gaz).
Avantageusement, la ligne de compression peut être configurée pour atteindre une pression, en sortie de ligne de compression, comprise entre une pression minimale de compression et une pression maximale de compression, de manière à assurer le fonctionnement des moyens de compression (notamment des compresseurs) dans leurs plages de fonctionnement. Les pressions minimale et maximale de compression correspondent alors aux pressions en sortie de ligne de compression correspondant à ces plages de fonctionnement. En outre, le premier moyen de régulation de la pression peut être configuré pour détendre la pression lorsque la pression (instantanée) du moyen de stockage de gaz comprimé est inférieure à la pression minimale de compression. Ainsi, les moyens de compression ne travaillent pas avec une pression en sortie inférieure à cette pression minimale de compression, de manière à assurer un bon fonctionnement et à éviter de les endommager.
De préférence, le premier moyen de régulation de la pression peut être configuré pour être arrêté lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé est supérieure ou égale à la pression minimale de compression. En effet, lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé atteint au moins la pression minimale de compression, la ligne de compression peut alors travailler dans sa plage de fonctionnement normale. En arrêtant alors la régulation de la pression, on peut limiter les pertes énergétiques liées à la régulation et ainsi optimiser le rendement global du système.
Additionnellement ou alternativement, le deuxième moyen de régulation de la pression peut être configuré pour détendre la pression sortant du moyen de stockage de gaz comprimé avant d’entrer dans la ligne de détente jusqu’à une deuxième pression prédéterminée. De ce fait, on peut garantir la pression maximale de la ligne de détente, pour le bon fonctionnement des moyens de détente (tels que des turbines), et permettre une pression plus élevée dans le moyen de stockage de gaz comprimé (on peut alors augmenter la pression issue de la fin de la phase de compression et donc augmenter la quantité de gaz stockée dans le moyen de stockage de gaz comprimé).
Avantageusement, la ligne de détente peut être configurée pour admettre une pression, en entrée de ligne de détente, comprise entre une pression minimale de détente et une pression maximale de détente de manière à assurer le fonctionnement des moyens de détente (des turbines notamment) dans leurs plages de fonctionnement. Les pressions minimale et maximale de détente correspondent alors aux pressions en entrée de ligne de détente correspondant à ces plages de fonctionnement. En outre, le deuxième moyen de régulation de la pression peut être configuré pour détendre la pression lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé est supérieure à la pression maximale de détente. Ainsi, les moyens de détente ne travaillent pas avec une pression en sortie supérieure à cette pression maximale, de manière à assurer un bon fonctionnement et à éviter de les endommager.
De préférence, le deuxième moyen de régulation de la pression peut être configuré pour être arrêté lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé est inférieure ou égale à la pression maximale de détente. En effet, lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé est en dessous de la pression maximale de détente, la ligne de détente peut alors travailler dans sa plage de fonctionnement normale. En arrêtant alors la régulation de la pression, on peut limiter les pertes énergétiques liées à la régulation et ainsi optimiser le rendement global du système.
Selon une variante de l’invention, lesdits premier et/ou deuxième moyens de régulation de la pression peuvent comprendre des vannes, de préférence des vannes de contrôle de pression, des turbines, et/ou des détendeurs. Ces organes permettent une régulation précise et contrôlée de la pression. Ils peuvent être actifs (c’est-à-dire commandés par un moyen de commande par exemple par un ordinateur ou un calculateur) ou être passifs (ils s’ouvrent et se ferment en fonction de la pression, sans nécessiter de pilotage).
De manière avantageuse, lesdits premier et/ou deuxième moyens de régulation de la pression peuvent comprendre des vannes et des ballons tampons, c’est-à-dire un réservoir de plus petite taille que le moyen de stockage de gaz comprimé. En utilisant des ballons tampons, on peut réguler plus précisément la pression et on peut éviter les coups de béliers dans les tuyauteries.
Préférentiellement, chaque étage de compression peut comprendre un moyen de refroidissement en aval (dans le sens de circulation du gaz comprimé) du moyen de stockage et de récupération de la chaleur de manière à refroidir le gaz au maximum avant qu’il entre dans l’étage de compression suivant. En outre, chaque étage de compression peut comprendre un moyen de séparation gaz/liquide, en aval (dans le sens de circulation du gaz comprimé) du moyen de refroidissement. En effet, lors du refroidissement le gaz comprimé, de la condensation peut apparaître. Cette eau, sous forme liquide, peut être issue de la vapeur d’eau contenue initialement dans le gaz prélevé, notamment s’il s’agit d’air ambiant, et elle peut endommager le moyen de compression de l’étage suivant, notamment s’il s’agit d’un compresseur. Le moyen de séparation gaz/liquide permet alors d’éliminer la phase liquide contenue dans le gaz comprimé.
L’invention concerne aussi un procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé dans lequel on utilise un système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon l’une quelconque des variantes ou combinaisons de variantes décrites précédemment. Le procédé peut notamment comprendre une étape de compression, une étape de stockage de gaz comprimé et une étape de détente. De plus, dans ce procédé, on réalise au moins les étapes suivantes :
- en phase de compression :
* on utilise le premier moyen de régulation de la pression lorsque la pression en sortie de la ligne de compression est supérieure à la pression (instantanée) du moyen de stockage de gaz comprimé, pour détendre la pression, de préférence, à la pression du moyen de stockage de gaz comprimé. Ainsi, on peut faire travailler le moyen de stockage de gaz comprimé à une pression inférieure à la pression minimale de compression, notamment en détendant le gaz comprimé à une telle valeur.
* puis, lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé atteint une première valeur prédéterminée, de préférence la pression minimale de compression, on arrête la régulation de pression avec le premier moyen de régulation et on continue l’injection de gaz comprimé dans le moyen de stockage de gaz comprimé jusqu’à ce que la pression du moyen de stockage de gaz comprimé atteigne une deuxième valeur prédéterminée, de préférence la pression maximale de compression. Ainsi, la pression maximale du moyen de stockage de gaz comprimé est égale à la pression maximale de compression de la ligne de compression. Et de préférence :
- en phase de détente :
* on utilise le deuxième moyen de régulation de la pression lorsque la pression sortant du moyen de stockage de gaz comprimé est supérieure à la pression maximale de détente de la ligne de détente, pour détendre la pression, de préférence, à la pression maximale de détente de la ligne de détente. Ainsi, on peut faire travailler le moyen de stockage de gaz comprimé à une pression supérieure à la pression maximale de détente. * puis, lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé devient inférieure ou égale à un premier critère prédéterminé, de préférence la pression maximale de détente, on arrête la régulation de pression avec le deuxième moyen de régulation et on continue la phase de détente jusqu’à ce que la pression en entrée de la ligne de détente atteigne un deuxième critère prédéterminé, de préférence la pression minimale de détente. Ainsi, la pression minimale du moyen de stockage de gaz comprimé est égale à la pression minimale de détente de la ligne de détente.
Avantageusement, le premier moyen de régulation peut séparer la ligne de compression du moyen de stockage de gaz comprimé et de préférence le deuxième moyen de régulation de la pression (lorsque le système comprend un tel deuxième moyen de régulation de la pression) peut séparer le moyen de stockage de gaz comprimé de la ligne de détente. En d’autres termes, la ligne de compression s’arrête au niveau du premier moyen de régulation de la pression et la ligne de détente démarre au niveau du deuxième moyen de régulation de la pression.
Préférentiellement, la ligne de compression, en amont du premier moyen de régulation de la pression, est configurée pour atteindre une pression, en sortie de ligne de compression, comprise entre une pression minimale de compression et une pression maximale de compression et on peut détendre la pression de la ligne de compression, en aval du premier moyen de réalisation de la pression, lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé est inférieure à la pression minimale de compression, grâce au premier moyen de régulation de la pression.
De préférence, la ligne de détente peut être configurée pour admettre une pression, en entrée de la ligne de détente et en aval du deuxième moyen de régulation de la pression, comprise entre une pression minimale de détente et une pression maximale de détente et on peut détendre la pression grâce au deuxième moyen de régulation de la pression lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé est supérieure à la pression maximale de détente.
Selon une configuration de l’invention, on peut arrêter le deuxième moyen de régulation de la pression (il se comporte alors comme une conduite), lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé est inférieure ou égale à la pression maximale de détente.
La figure 2 illustre, de manière schématique et non limitative, un système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon un mode de réalisation de l’invention.
Les références identiques à celles de la figure 1 correspondent aux mêmes éléments et ne seront pas redétaillées. La figure 2 illustre une ligne de compression avec trois étages de compression et une ligne de détente avec trois étages de détente. Toutefois, l’invention est adaptée à d’autres configurations, en d’autres termes avec d’autres nombre d’étages de compression et d’étages de détente. De plus, le nombre d’étages de détente peut être différent du nombre d’étages de compression.
La figure 2 diffère de la figure 1 par l’ajout d’un premier moyen de régulation de la pression (2000) et d’un deuxième moyen de régulation de la pression (2001 ). Le premier moyen de régulation de la pression (2000) se trouve après de la ligne de compression, entre le dernier étage de compression et le moyen de stockage de gaz comprimé (1000). En d’autres termes, il est positionné juste en amont du moyen de stockage de gaz comprimé (1000).
Le deuxième moyen de régulation de la pression (2001 ) se trouve avant la ligne de détente, entre le moyen de stockage de gaz comprimé (1000) et le premier étage de détente. En d’autres termes, il est positionné juste en aval du moyen de stockage de gaz comprimé (1000). Les premier et deuxième moyens de régulation de la pression (2000) et (2001 ) comprennent chacun avantageusement une vanne de contrôle de la pression, de préférence chacune associée à un ballon tampon (non représenté), c’est-à-dire un réservoir de plus petite taille (plus petit volume) que le moyen de stockage de gaz comprimé.
Les moyens de compression (100, 101 , 102) peuvent être des compresseurs, par exemple des compresseurs axiaux ou centrifuges.
Les moyens de détente (700, 701 , 702) peuvent être des turbines, avantageusement couplées chacune à une génératrice pour générer de l’énergie électrique.
Le moyen de stockage de gaz comprimé (1000) peut être une cavité naturelle, telle qu’une cavité saline, une ancienne mine, un aquifère, ou bien un réservoir artificiel.
Le système de l’invention pourrait ne pas comprendre de moyens de refroidissement (300, 301 , 302) ou ne comprendre que certains d’entre eux.
Le système de l’invention pourrait ne pas comprendre de moyens séparation gaz/liquide (400, 401 , 402) ou ne comprendre que certains d’entre eux. En d’autres termes, les moyens de refroidissement (300, 301 , 302) et les moyens de séparation gaz/liquide (400, 401 , 402) sont optionnels.
Chaque moyen de compression (100, 101 , 102) est configuré pour fonctionner sur une plage de fonctionnement définie de manière à maximiser son rendement. Cette plage de fonctionnement correspond aux pressions minimale et maximale acceptables en sortie de chaque étage de compression et qui définit ainsi des pressions minimale et maximale de compression en sortie du dernier étage de compression.
Chaque moyen de détente (700, 701 , 702) est configuré pour fonctionner sur une plage de fonctionnement définie de manière à maximiser son rendement. Cette plage de fonctionnement correspond aux pressions minimale et maximale acceptables en entrée de chaque étage de détente et qui définit ainsi des pressions minimale et maximale de détente en entrée du premier étage de détente.
Le moyen de stockage de gaz comprimé (1000) définit la capacité de stockage d’énergie du procédé et du système, notamment par son couple volume et variation de pression. La capacité de stockage est définie par la quantité de gaz stocké dans le moyen de stockage de gaz comprimé (1000) entre le début et la fin de la phase de compression, ou encore par la quantité de gaz récupérée du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) entre le début et la fin de la phase de détente. La différence de pression (ou variation de pression) du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) entre le début et la fin de chaque phase, compression ou détente, aussi appelée « respiration de la cavité », impose pour une capacité de stockage définie, un volume de moyen de stockage de gaz comprimé fixé. A capacité de stockage identique, plus la respiration de la cavité est faible, plus le volume du moyen de stockage de gaz comprimé sera élevé. A l’inverse, plus la respiration de la cavité est élevée, plus le volume du moyen de stockage de gaz comprimé sera faible.
Dans le cadre du procédé et du système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé, trois grandeurs sont donc reliées :
La capacité de stockage d’énergie par gaz comprimé ;
Le volume du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) ;
Le rendement du procédé.
De plus, la capacité de stockage d’énergie et le volume du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) sont reliés par la respiration de la cavité.
Le rendement du procédé dépend des rendements des moyens de compression et de détente, et donc de leur plage de fonctionnement, telles qu’explicitées précédemment.
L’ajout des premier et deuxième moyens de régulation de la pression (2000) et (2001 ) de part et d’autre du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) permet une flexibilité de dimensionnement du procédé global et du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) et donc leur optimisation globale. L’utilisation des premier et deuxième moyens de régulation de la pression (2000, 2001 ) permet d’optimiser le volume du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) à capacité de stockage imposée. Avantageusement, la pression minimale du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) peut être égale à la pression minimale de détente et la pression maximale du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) peut être égale à la pression maximale de compression. La figure 3 illustre, de manière schématique et non limitative, le fonctionnement des moyens de régulation du système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon l’invention.
Le schéma illustre la variation en pression P au cours du temps T.
Les courbes en gris clair Comp et Det correspondent aux pressions respectivement en sortie du dernier étage de compression et en entrée du premier étage de détente et la courbe en noir représente la variation de pression au sein du moyen de stockage de gaz comprimé grâce aux premier et deuxième moyens de régulation de la pression.
La courbe Comp de compression se lit dans le sens de la variation du temps T alors que la courbe Det se lit en sens inverse du temps T.
La régulation en pression peut s’effectuer en deux temps, en fonction du nombre et de l’emplacement des moyens de régulation, en début de compression et en début de détente. Lors de la compression (Comp), la première régulation (Regull ) peut se produire comme suit : o En début de compression (Comp), la pression minimale de compression P0C est supérieure à la pression minimale du moyen de stockage de gaz comprimé PO, le premier moyen de régulation de la pression détend le gaz comprimé sortant du dernier étage de compression, avant qu’il rentre dans le moyen de stockage de gaz comprimé, pour s’adapter et atteindre la pression (instantanée) du moyen de stockage de gaz comprimé ; o Progressivement, la pression augmente dans le moyen de stockage de gaz comprimé et tant que cette pression instantanée reste inférieure à la pression minimale de compression P0C, le premier moyen de régulation de la pression continue de détendre le gaz comprimé entrant dans le moyen de stockage de gaz comprimé pour s’adapter et atteindre la pression dans le moyen de stockage de gaz comprimé à chaque instant T ; o La pression dans le moyen de stockage de gaz comprimé finit par atteindre la pression minimale de compression P0C, le premier moyen de régulation de la pression s’arrête : c’est la fin de la zone de régulation ; o La pression atteinte en sortie de ligne de compression augmente progressivement tout en augmentant la pression du moyen de stockage de gaz comprimé jusqu’à atteindre la pression maximale de compression P1 C, qui correspond alors à la pression maximale du moyen de stockage de gaz comprimé P1 : c’est la fin de la phase de compression.
Lors de la détente (Det), la deuxième régulation (Regul2) peut se produire comme suit : o En début de détente (Det), la pression maximale du moyen de stockage de gaz comprimé P1 est supérieure à la pression maximale de détente P1 D, le deuxième moyen de régulation de la pression détend le gaz comprimé sortant du moyen de stockage de gaz comprimé avant qu’il entre dans le premier étage de détente pour s’adapter et atteindre la pression (instantanée) en entrée du premier étage de détente ; o Progressivement, la pression dans le moyen de stockage de gaz comprimé diminue et tant que cette pression instantanée reste supérieure à la pression maximale de détente P1 D, le deuxième moyen de régulation de la pression continue de détendre le gaz comprimé sortant du moyen de stockage de gaz comprimé pour s’adapter et atteindre la pression maximale de détente P1 D en entrée du premier étage de détente à chaque instant T ; o La pression dans le moyen de stockage de gaz comprimé finit par atteindre la pression maximale de détente P1 D, le deuxième moyen de régulation de la pression s’arrête : c’est la fin de la zone de régulation ; o La pression de gaz comprimé issu du moyen de stockage de gaz comprimé diminue progressivement à mesure qu’il se vide jusqu’à atteindre la pression minimale de détente POD, qui correspond alors à la pression minimale du moyen de stockage de gaz comprimé : c’est la fin de la phase de détente.
Exemples
Un système conforme à l’invention, selon la figure 2, a été comparé à un système de l’art antérieur selon la figure 1 .
Le tableau 1 illustre le système de l’art antérieur et le tableau 2 illustre le système selon l’invention.
Tableau 1 (selon l’art antérieur) :
[Table 1]
Tableau 2 (selon l’invention) : [Table 2] La comparaison des tableaux 1 et 2 montre que le système de l’invention, avec les moyens de régulation de la pression, permet une optimisation rendement/dimensionnement en diminuant le volume du moyen de stockage de gaz comprimé de 50% tout en ne perdant seulement que 2% de rendement pour la même capacité de stockage.

Claims

Revendications
1 .Système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comprenant :
- une ligne de compression (1) de gaz avec au moins un étage de compression (3), chaque étage de compression (3) comprenant un moyen de compression (100, 101 , 102) et un moyen de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) en aval, dans le sens de circulation du gaz, dudit moyen de compression (100, 101 , 102),
- au moins un moyen de stockage de gaz comprimé (1000) pour stocker le gaz comprimé,
- une ligne de détente (2) pour détendre du gaz comprimé stocké dans le moyen de stockage de gaz comprimé (1000), la ligne de détente (2) comprenant au moins un étage de détente (4), chaque étage de détente (4) comprenant des conduites et un moyen de détente (700, 701 , 702), les conduites étant configurées pour faire circuler le gaz comprimé dans au moins un des moyens de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) de manière à réchauffer le gaz comprimé avant le moyen de détente (700, 701 , 702), caractérisé en ce que le système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comprend un premier moyen de régulation de la pression (2000) positionné entre le dernier étage de compression de la ligne de compression et le moyen de stockage de gaz comprimé (1000) et, de préférence un deuxième moyen de régulation de la pression (2001) positionné entre le moyen de stockage de gaz comprimé (1000) et le premier étage de détente de la ligne de détente.
2. Système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon la revendication 1 , pour lequel le premier moyen de régulation de la pression (2000) est configuré pour détendre la pression en sortie de la ligne de compression jusqu’à une première pression prédéterminée.
3. Système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon la revendication 2, pour lequel la ligne de compression (1) est configurée pour atteindre une pression, en sortie de ligne de compression, comprise entre une pression minimale de compression et une pression maximale de compression et pour lequel le premier moyen de régulation de la pression (2000) est configuré pour détendre la pression lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé est inférieure à la pression minimale de compression.
4. Système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon la revendication 3, pour lequel le premier moyen de régulation de la pression (2000) est configuré pour être arrêté lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) est supérieure ou égale à la pression minimale de compression.
5. Système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon l’une des revendications précédentes, pour lequel le deuxième moyen de régulation (2001) de la pression est configuré pour détendre la pression sortant du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) avant d’entrer dans la ligne de détente (2) jusqu’à une deuxième pression prédéterminée.
6. Système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon la revendication 5, pour lequel la ligne de détente (2) est configurée pour admettre une pression, en entrée de ligne de détente, comprise entre une pression minimale de détente et une pression maximale de détente et pour lequel le deuxième moyen de régulation de la pression (2001 ) est configuré pour détendre la pression lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) est supérieure à la pression maximale de détente.
7. Système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon la revendication 6, pour lequel le deuxième moyen de régulation de la pression (2001) est configuré pour être arrêté lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) est inférieure ou égale à la pression maximale de détente.
8. Système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon l’une des revendications précédentes, pour lequel lesdits premier et/ou deuxième moyens de régulation de la pression (2000, 2001) comprennent des vannes, de préférence des vannes de contrôle de pression, des turbines, et/ou des détendeurs.
9. Système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon la revendication 8, pour lequel lesdits premier et/ou deuxième moyens de régulation de la pression (2000, 2001) comprennent des vannes et des ballons tampons.
10. Système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon l’une des revendications précédentes, pour lequel chaque étage de compression (3) comprend un moyen de refroidissement (300, 301 , 302) en aval du moyen de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) et de préférence un moyen de séparation gaz/liquide (400, 401 , 402), en aval du moyen de refroidissement (300, 301 , 302).
11 . Procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé dans lequel on utilise un système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon l’une des revendications précédentes et dans lequel :
- en phase de compression :
* on utilise le premier moyen de régulation de la pression (2000) lorsque la pression en sortie de la ligne de compression (1) est supérieure à la pression du moyen de stockage de gaz comprimé (1000), pour détendre la pression, de préférence, à la pression du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) ;
* puis, lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) atteint une première valeur prédéterminée, de préférence la pression minimale de compression, on arrête le premier moyen de régulation (2000) et on continue l’injection de gaz comprimé dans le moyen de stockage de gaz comprimé (1000) jusqu’à ce que la pression du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) atteigne une deuxième valeur prédéterminée, de préférence la pression maximale de compression ; et de préférence
- en phase de détente :
* on utilise le deuxième moyen de régulation de la pression (2001) lorsque la pression sortant du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) est supérieure à la pression maximale de détente de la ligne de détente, pour détendre la pression, de préférence, à la pression maximale de détente de la ligne de détente (2) ;
* puis, lorsque la pression du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) devient inférieure ou égale à un premier critère prédéterminé, de préférence la pression maximale de détente, on arrête le deuxième moyen de régulation (2001 ) et on continue la phase de détente jusqu’à ce que la pression en entrée de la ligne de détente (2) atteigne un deuxième critère prédéterminé, de préférence la pression minimale de détente.
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