FR2815486A1 - Combined electricity, heat and cold generation module, for industrial or tertiary sector use, uses gas or gasoline powered electric generator and absorption refrigeration unit, together with collection of exhaust heat to produce hot water - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention a pour objet un groupe mobile de génération combinée d'électricité, de chaud et de froid. The present invention relates to a mobile group of combined generation of electricity, hot and cold.
Elle se rapporte d'une manière générale aux installation de fourniture d'énergie pour le secteur des activités industrielle et tertiaires, notamment dans les domaines hospitaliers et hôteliers, ainsi que dans les industries de l'électronique et de l'agro alimentaire. It generally relates to energy supply installations for the industrial and tertiary sector, in particular in the hospital and hotel sectors, as well as in the electronics and food industries.
L'invention est basée sur le concept de la"trigénération"consistant à produire de l'électricité, de la chaleur et du froid au moyen d'une installation unique. The invention is based on the concept of "trigeneration" consisting in producing electricity, heat and cold by means of a single installation.
La"trigénération"est l'association de diverses techniques aujourd'hui bien connues. "Trigeneration" is the association of various techniques which are well known today.
- ! a cogénération : production combinée de force motrice (électricité) et de chaleur. -! cogeneration: combined production of motive power (electricity) and heat.
-la production de froid par absorption ou compression. Nous nous intéresserons ici uniquement à la production du froid par absorption. -the production of cold by absorption or compression. We will focus here only on the production of cold by absorption.
Le concept de base qui permet son développement réside dans la recherche d'une rentabilisation de l'énergie thermique issue de la production afin de produire de l'eau chaude et de l'eau glacée. The basic concept which allows its development resides in the search for a profitability of the thermal energy resulting from the production in order to produce hot water and chilled water.
Les unités de"trigénération"s'imposent dès lors qu'il apparaît un besoin de froid important (pays chaud), et dans les contrées où le réseau d'acheminement de l'électricité est fragile et où subsistent des besoins d'eau chaude, notamment pour la production d'eau chaude sanitaire. "Trigeneration" units are essential when there is a significant need for cold (hot country), and in regions where the electricity supply network is fragile and where hot water needs remain , especially for the production of domestic hot water.
Un grand nombre d'établissements industriels ou tertiaires ont besoin d'un système d'approvisionnement en énergie extrêmement fiable et sont souvent amenés à s'équiper d'installations de secours pour pallier les éventuelles défaillances des réseaux publics de distribution d'électricité. Ces équipements sont
généralement réalisés à la demande et présentent l'inconvénient, outre la durée des A large number of industrial or tertiary establishments need an extremely reliable energy supply system and are often required to equip themselves with emergency facilities to compensate for any failures in public electricity distribution networks. These equipments are
generally made on demand and have the drawback, in addition to the duration of the
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travaux d'installation et les coûts élevés d'investissement et de fonctionnement, d'immobiliser des locaux d'un volume important. installation work and high investment and operating costs, to immobilize premises of a large volume.
En France, les dégâts provoqués par les tempêtes à la fin de l'année 1999 sur le réseau d'Électricité de France ont démontré l'utilité de production autonome d'électricité rapidement mobilisable. Mais la seule production d'électricité n'est pas suffisante pour assurer l'approvisionnement en énergie de chauffage ou d'eau glacée dans les secteurs de l'industrie, de la santé, de l'hôtellerie ou du tertiaire. In France, the damage caused by storms at the end of 1999 on the Electricité de France network demonstrated the usefulness of autonomous electricity production that can be quickly mobilized. However, the production of electricity alone is not sufficient to ensure the supply of heating energy or chilled water in the industrial, health, hotel or tertiary sectors.
Les pays en voie de développement et certaines régions des pays
industrialisés telles que le sud-est de la France, par exemple (en raison d'une ligne haute tension non doublée), sont des zones particulièrement vulnérables en approvisionnement d'électricité. Developing countries and parts of countries
industrialized areas such as south-eastern France, for example (due to an unlined high-voltage line), are particularly vulnerable areas in terms of electricity supply.
A titre indicatif, une enquête réalisée en avril 2000 au Maroc auprès de plusieurs établissements hôteliers du sud du pays a révélé l'existence d'un réel besoin compte tenu : - de la fragilité du réseau électrique, du coût du kWh, des coupures intempestives imposées dans la plupart des villes et des villages, - de la permanence de besoin d'eau chaude sanitaire, - de besoins de rafraîchissement 9 à 10 mois par an.
As an indication, a survey carried out in April 2000 in Morocco among several hotel establishments in the south of the country revealed the existence of a real need taking into account: - the fragility of the electrical network, the cost of kWh, untimely cuts imposed in most towns and villages, - the permanent need for domestic hot water, - the need for cooling 9 to 10 months per year.
La perspective d'assurer, grâce à la"trigénération", une production autonome d'énergie électro thermique a suscité un réel intérêt pour 92% des directeurs d'hôtels contactés. The prospect of ensuring, thanks to "trigeneration", an autonomous production of electro thermal energy aroused real interest for 92% of the hotel managers contacted.
Le système selon la présente invention permet d'obtenir un rendement et une rentabilité maxima grâce à une adéquation des besoins d'électricité et thermique chaud et (ou) froid. The system according to the present invention makes it possible to obtain maximum efficiency and profitability by matching the needs for hot and / or cold electricity and heat.
La perspective d'utiliser tout ou partie de l'énergie thermique issue de la production d'électricité pour produire du chaud et du froid ouvre des horizons nouveaux de rentabilité. The prospect of using all or part of the thermal energy from electricity production to produce hot and cold opens up new horizons of profitability.
De récentes études ont démontré que, pour des durées d'utilisation supérieures à 4700 h/an, la rentabilité est effective dans un nombre important d'activités. Les temps de retour sur investissement sont inférieurs à six ans. Recent studies have shown that, for periods of use greater than 4,700 h / year, profitability is effective in a large number of activities. The payback times are less than six years.
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Lorsque l'adéquation énergétique est réalisée, le rendement global d'une installation de"trigénération"peut atteindre 85%. Cette optimisation par rapport à la cogénération classique se double d'une grande flexibilité dans la répartition des énergies produites (électricité-eau chaude-eau glacée). When the energy adequacy is achieved, the overall efficiency of a "trigeneration" installation can reach 85%. This optimization compared to conventional cogeneration is coupled with great flexibility in the distribution of the energies produced (electricity-hot water-chilled water).
Ceci permet de maintenir le rendement dans de nombreuses situations et de disposer de véritables centrales énergétiques. This makes it possible to maintain efficiency in many situations and to have real power plants.
Le dispositif objet de l'invention est constitué d'un groupe électrogène à moteur alimenté en gaz naturel ou en gazole et d'un groupe frigorifique à absorption délivrant de l'eau glacée en récupérant l'énergie calorifique des gaz d'échappement du moteur du groupe électrogène, une partie de cette énergie étant convertie en eau chaude grâce à des échangeurs sur les circuits d'échappement et de refroidissement, l'ensemble des deux groupes en état de fonctionnement et de leurs accessoires étant installés dans un conteneur standardisé transportable par camion par train ou par bateau. The device which is the subject of the invention consists of a generator set with an engine supplied with natural gas or diesel fuel and an absorption refrigeration unit delivering chilled water by recovering the heat energy from the engine exhaust gases. of the generator, part of this energy being converted into hot water through exchangers on the exhaust and cooling circuits, all of the two groups in working condition and their accessories being installed in a standardized container transportable by truck by train or boat.
Sur les dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif d'une des formes de réalisation de l'objet de l'invention : la figure 1 est un schéma simplifié d'un groupe de"trigénération" utilisé pour la production combinée d'électricité, d'eau chaude et d'eau glacée,
la figure 2 représente en perspective un conteneur standard utilisé pour contenir les composants de l'installation de génération d'énergie et la figure 3 montre à une échelle différente le même conteneur portes ouvertes et dépourvu de sa toiture et de l'une de ses parois latérales pour permettre de voir la disposition intérieure. In the accompanying drawings, given by way of nonlimiting example of one of the embodiments of the subject of the invention: FIG. 1 is a simplified diagram of a "trigeneration" group used for the combined production of electricity, hot water and chilled water,
Figure 2 shows in perspective a standard container used to contain the components of the energy generation installation and Figure 3 shows on a different scale the same container with open doors and without its roof and one of its walls side to allow you to see the interior layout.
Le dispositif, figures 1 à 3, est constitué d'un groupe de"trigénération"conteneurisée prête à l'utilisation et livrable par des moyens de transport classiques, par route, par rail par mer ou par voie fluviale, sans nécessiter de convois spéciaux. The device, Figures 1 to 3, consists of a group of containerized "trigeneration" ready for use and available by conventional means of transport, by road, by rail by sea or by waterway, without the need for special convoys .
Le concept est basé sur l'utilisation du matériel électromécanique tropicalisé, simple et donc réparable sur place, accessible à du personnel de maintenance moyennement qualifié. The concept is based on the use of tropicalized electromechanical equipment, simple and therefore repairable on site, accessible to moderately qualified maintenance personnel.
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Les inévitables composants électroniques intégrés aux groupes électrogènes, groupes à absorption et régulateurs, seront remplaçables par des éléments prêts à monter livrés avec le conteneur et pré-programmés (EPROM ou équivalent). The inevitable electronic components integrated into the generator sets, absorption groups and regulators, will be replaceable by ready-to-install elements delivered with the container and pre-programmed (EPROM or equivalent).
L'enveloppe manutentionnable est constituée d'un conteneur 1, de préférence d'un type standard de 20 ou 40 pieds, dans lequel sont installés le groupe électrogène 2 et le groupe frigorifique 3 à absorption. The handling envelope consists of a container 1, preferably of a standard type of 20 or 40 feet, in which are installed the generator 2 and the refrigeration unit 3 absorption.
Chaque groupe comportera en périphérie : - une entrée gaz ou gazole 4 - une sortie puissance électrique 5, associée ou non à un transformateur élévateur de tension, raccordable au réseau local, par exemple 380 volts triphasé-50 Hz ou tension requise par le distributeur local d'électricité. L'électricité produite pourra ainsi être auto consommée ou renvoyée sur le réseau local de distribution, - une entrée 1 sortie d'eau chaude 6 disponible pour l'utilisateur, - une entrée 1 sortie d'eau glacée 7 disponible pour l'utilisateur, - deux entrées 1 sorties d'eau de refroidissement 8,9 raccordées à deux réfrigérants atmosphériques 10,11 s'installant à l'extérieur du conteneur 1 et branchés respectivement sur les circuits de refroidissement du moteur thermique du groupe électrogène 2 et du groupe frigorifique 3. Les réfrigérants seront raccordés à proximité du conteneur par tuyauteries avec raccords rapides normalisés et précablage électrique. Each group will include on the periphery: - a gas or diesel input 4 - an electrical power output 5, associated or not with a step-up transformer, connectable to the local network, for example 380 volts three-phase-50 Hz or voltage required by the local distributor electricity. The electricity produced can thus be self-consumed or returned to the local distribution network, - an inlet 1 hot water outlet 6 available to the user, - an inlet 1 chilled water outlet 7 available to the user, - two inlets 1 cooling water outlets 8.9 connected to two atmospheric refrigerants 10.11 installed outside the container 1 and connected respectively to the cooling circuits of the heat engine of the generator 2 and the refrigeration unit 3. The refrigerants will be connected near the container by piping with standardized quick couplings and electrical wiring.
L'ensemble de l'équipement est déterminé et agencé pour pouvoir être logé dans le conteneur 1 standardisé avec tous les conduits et accessoires raccordés, de façon à ce que le groupe puisse être branché et mis en service dès sa livraison sans être sorti du conteneur 1, qu'il soit destiné à une utilisation provisoire ou définitive. All the equipment is determined and arranged so that it can be housed in the standardized container 1 with all the conduits and accessories connected, so that the group can be connected and put into service as soon as it is delivered without leaving the container. 1, whether intended for temporary or permanent use.
Cet équipement est constitué : - du groupe électrogène 2 monté dans un caisson insonorisé - du groupe frigorifique 3 à absorption - de deux échangeurs alimentant les circuits de fourniture d'eau chaude 12, un échangeur eau-eau 13 sur le circuit de refroidissement 14 du moteur This equipment consists of: - the generator 2 mounted in a soundproof box - the refrigeration unit 3 with absorption - two exchangers supplying the hot water supply circuits 12, a water-water exchanger 13 on the cooling circuit 14 of the engine
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thermique et un échangeur gaz-eau 15 branché sur l'échappement de ce moteur dont une partie de l'énergie thermique est convertie selon la demande dans le groupe frigorifique (3) pour produire de l'eau glacée - d'un pot d'échappement catalytique 16 pour le moteur du groupe électrogène - d'une série de pompes sur les différents circuits : pompe refroidissement moteur 17, pompe réfrigérant atmosphérique moteur 18, pompe réfrigérant atmosphérique groupe frigorifique 19, pompe eau chaude 20 et pompe eau glacée 21, les deux dernières pompes étant dimensionnées pour assurer les besoins de l'utilisateur. thermal and a gas-water exchanger 15 connected to the exhaust of this engine, part of the thermal energy of which is converted according to demand in the refrigeration unit (3) to produce chilled water - from a pot of catalytic exhaust 16 for the generator set engine - from a series of pumps on the different circuits: engine cooling pump 17, atmospheric engine coolant pump 18, atmospheric refrigerant pump refrigeration unit 19, hot water pump 20 and chilled water pump 21, the last two pumps are sized to meet the needs of the user.
Le contrôle de la température interne du groupe est assuré par des ventilo-extracteurs 22 de toiture disposés au-dessus de la salle des machines côté moteur thermique du groupe électrogène 2, ainsi que par des portes grillagées 23 du conteneur 1 côté groupe frigorifique 3. Ces portes seront munies d'un équipement filtre et piège à son destinés à la protection du matériel et au respect des normes acoustiques. Control of the internal temperature of the group is ensured by roof fan-extractors 22 arranged above the engine room on the heat engine side of the generator 2, as well as by screened doors 23 of the container 1 on the refrigeration unit side 3. These doors will be fitted with filter and sound trap equipment intended to protect the equipment and comply with acoustic standards.
Dans les régions ou les pays où le gaz naturel est disponible, ce carburant sera utilisé en priorité pour l'alimentation du moteur du groupe électrogène 2. In regions or countries where natural gas is available, this fuel will be used in priority to supply the engine of generator 2.
Là où le gaz naturel n'est pas distribué, le concept développé permet d'utiliser du gazole ou fioul domestique, combustibles largement répandus et distribués. Dans ce dernier cas, la mise en place de filtres à particules 24 avant l'échangeur gaz-eau 15 devient nécessaire. Ces filtres font partie des équipements industriels construits en grande série par les motoristes. Where natural gas is not distributed, the concept developed makes it possible to use domestic diesel or fuel oil, fuels widely used and distributed. In the latter case, the installation of particle filters 24 before the gas-water exchanger 15 becomes necessary. These filters are part of industrial equipment built in large series by engine manufacturers.
Un pré-bilan énergétique a été établi avec du matériel disponible industriellement sur le marché. Le développement des groupes de"trigénération" pourra avantageusement reposer sur quatre niveaux de puissance électrique : 135, 250,320 et 400 KVA. Celles-ci correspondent aux besoins d'unités de 50 à 300 lits, par exemple, dans les domaines hôtelier et hospitalier. Ces groupes mobiles de trigénération pourront être couplés suivant un système binaire couvrant une gamme de puissance continue comprise entre 135 et 600 KVA ou plus. An energy pre-balance sheet has been established with equipment commercially available on the market. The development of "trigeneration" groups can advantageously be based on four levels of electrical power: 135, 250,320 and 400 KVA. These correspond to the needs of units with 50 to 300 beds, for example, in the hotel and hospital sectors. These mobile trigeneration groups can be coupled according to a binary system covering a continuous power range between 135 and 600 KVA or more.
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La"trigénération"faisant appel à des technologies et des matériels largement éprouvés, l'innovation réside dans l'association de ces différents équipements dans des modules transportables. Les performances sont préalablement validées en atelier. La remise en service sur site est faite par technique"plug & run". "Trigeneration" using widely proven technologies and materials, the innovation lies in the association of these different pieces of equipment in transportable modules. The performances are previously validated in the workshop. The return to service on site is done by "plug & run" technique.
Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par des dispositifs similaires. The positioning of the various constituent elements gives the object of the invention a maximum of useful effects which had not, to date, been obtained by similar devices.
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