FR2962195A1 - Dispositif de recuperation de chaleur geothermique de moyenne et haute energie, comportant un circuit primaire de fluide frigorigene, pour la generation d'electricite, le chauffage ou la cogeneration - Google Patents

Abstract

Conception nouvelle de génération d'électricité, voire de chauffage et de cogénération, par "géothermie sèche et chimique" (GESEC) valorisant la chaleur géothermique de moyenne énergie et profondeur au moyen d'un circuit primaire en fluide organique frigorigène. L'invention joue sur un changement total de paradigme : sortir du schéma classique eau-vapeur dans le circuit primaire (b) d'un forage géothermique. C'est un frigorigène (NH3, fréons, ...) qu'on utilise directement (b=c) dans le circuit primaire (1)+(p)+(3) produisant de la vapeur à bien plus bas niveau de température et donc à une fraction de la profondeur pour faire bouillir de l'eau. Ce nouveau procédé gagne largement par rapport aux solutions existantes : en grand potentiel d'application sur tous les continents, en simplification, en diminution des coûts, en réduction voire suppression des besoins en eau, en économie de combustibles sales remplacés par une énergie naturelle gratuite, propre et renouvelable largement répandue et abondante. Des applications dérivées en sont possibles selon les tailles et profondeurs mises en jeu.

Description

-1- La présente invention concerne un nouveau procédé de Centrales électriques valorisant la chaleur géothermique de moyenne énergie (température = 100-150°C, et profondeur = 2'000 m) au moyen d'un circuit primaire de type organique frigorigène.

L'invention peut aussi être extrapolée pour du chauffage ou de la cogénération y compris à certaines basses et hautes énergies. Pour bien comprendre l'intérêt de ce nouveau dispositif, tout particulièrement dans le cadre de la génération d'électricité, il faut se rappeler le fonctionnement de l'existant et ainsi voir les changements apportés. En dehors de quelques cas très particuliers de vapeur d'eau géothermique naturelle très chaude dans des zones volcaniques (Islande, Indonésie, Centrale de Bouillante en Guadeloupe), la technique géothermique à vocation d'importante génération d'électricité qui depuis 1987 occupe tous les esprits est celle développée dans le pilote européen d'expérimentation à Soultz-sous-Forêts en Alsace selon la figure n°1. Cette technique vise à injecter (1) puis remonter (3) et recycler (4) de l'eau dans un circuit primaire (b) foré en triplet géothermique jusqu'aux roches profondes fracturées chaudes à 200-250°C sous 5'000 m (2). Dans une installation de surface (d) les calories prélevées par le circuit primaire (b) en eau sont, au travers d'un évaporateur (a), partiellement transmises à un circuit fermé secondaire (c) selon le principe ORC "Organic Rankine Cycle" (type frigorigène) en figure n° 2. Sortant de l'évaporateur (a), la vapeur organique de ce cycle fait tourner un turbo-alternateur (f)+(g), qui génère de l'électricité envoyée au réseau (e). Puis la vapeur organique est ramenée à l'état liquide dans un condenseur (h) refroidi par un circuit tertiaire (k) externe, en eau ou air, le liquide organique étant finalement réintégré dans le cycle par une pompe (i). La recherche menée en Alsace depuis plus de 20 ans peine à percer car elle se heurte à de très grandes difficultés dans le débouchage/détartrage des fractures existantes au sein du granite par grande injection d'eau sous pression. C'est aussi sans compter la dangerosité de ce type de forage pour les foreurs comme pour la planète en termes de risque de rencontre explosive avec des poches de gaz ou de séismes induits par perturbation sur les forces et contraintes élastiques géologiques. Enfin ce type de Centrale ne concerne que quelques zones favorables "haute énergie" à fort gradient géothermique. Le cycle fermé de Rankine, à l'ammoniac (NH3) ou autre fluide frigorigène, s'inspire des développements pilotes en Energie Thermique des Mers (ETM, OTEC, DOWA). Ce principe est dérivé de l'industrie du froid, des réfrigérateurs et des pompes à chaleur (PAC) dont le compresseur est remplacé par un groupe turboalternateur. Placé en circuit secondaire ce cycle organique doit cependant se contenter de performances réduites. Il gagne à être mis au plus près de la source chaude. 2962195 -2- Pour rappel l'intérêt des fluides frigorigènes est leur grande propriété d'absorption de chaleur (calories) à bas niveau de température, lorsqu'ils passent de leur phase liquide à leur phase gazeuse (la chaleur absorbée par le fluide lors du changement d'état est 5 appelée : chaleur latente de vaporisation). Ils commencent à bouillir, et donc produire de la vapeur, à des températures très basses (par exemple pour l'ammoniac NH3: : à - 30 °C en dessous de zéro sous pression atmosphérique mais environ 0°C sous 4,3 bar et + 20°C sous 8,2 bar). Cela a déjà surtout facilité l'accès aux sources de basse énergie (<90°C) permettant, par production de vapeur organique dans un circuit secondaire, un 10 relèvement des températures de chauffage voire en de rares cas la génération d'énergie électrique là où cette valorisation était jusqu'alors impossible. L'invention sous appellation abrégée "géothermie sèche et chimique" (GESEC), visualisée sur les figures n° 3 et n° 4, est différente de l'existant parce que c'est le fluide frigorigène qui y circule en circuit primaire selon un schéma simplifié et pour des 15 forages à moindre profondeur. Par rapport au développement européen de Soultz- sous-Forêts, ce nouveau concept repose sur la particularité des points de détail suivants : - Il se concentre sur des profondeurs de forage (2) parfaitement maîtrisées, techniquement et économiquement, en zones bien connues et plus sures au-dessus des .roches profondes (jusqu'à ± 2'000 m seulement où règnent des températures de 20 sol de 100 - 150°C), sans exclure pour autant les autres niveaux de profondeur. Il utilise le fluide organique de valorisation thermique non pas dans un circuit secondaire mais directement dans le circuit primaire (b), avec une meilleure efficacité à absorber les calories, un meilleur rendement et l'avantage induit de pouvoir s'affranchir de l'évaporateur (a). 25 - Il ne se heurte pas à des contraintes majeures de dilatation des tuyauteries de forage (à Soultz-sous-Forêts : 8 m de dilatation pour 250°C et 5000 m de profondeur, laquelle dilatation interdit de bétonner/isoler le tuyau métallique sur 90% de sa longueur). À 100-150°C maxi et sur 2'000 m de profondeur la dilatation globale n'atteint pas 2 m. Il ne se heurte pas non plus à une grande perte des calories prélevées lors des 30 remontées d'eau géothermique du fait de l'échange avec des sols plus froids au travers de tuyaux non protégés (à Soultz-sous-Forêts la perte est très élevée : pour un sol profond à près de 250°C, l'eau parvient en surface à seulement environ 200°C et le fluide frigorigène en sortie d'évaporateur (a) dans le circuit secondaire organique perd encore en température pendant l'échange, d'où guère plus de 175°C utiles).

35 De plus cette nouvelle technique n'injecte pas le fluide de récupération thermique à même le sol (en contact direct donc avec risque de fuites et de contaminations, fut-il de 2962195 -3 l'eau) mais au contraire elle le fait circuler dans un circuit fermé étanche. De ce fait on laisse les sols dans leur état d'origine, sans prélèvement ni adjonction qui peuvent s'avérer déstabilisateurs ou destructeurs.

5 La grande originalité de ce procédé nouveau est donc sa simplification. Dans ce dispositif simplifié il n'y a plus que deux circuits : Le circuit primaire chaud (b) de récupération géothermique (source chaude) et le circuit (k) de refroidissement eau ou air (source froide). Le circuit secondaire (c) est ici fusionné avec le circuit primaire (b). La source chaude et le circuit de valorisation électrique ne font plus qu'un. C'est le fluide 10 organique frigorigène lui-même (a priori NH3) qui est injecté (1) puis prélevé (3) et recyclé au sein du circuit primaire fermé et étanche (b=c) qui plonge dans les entrailles de la Terre. Un circuit secondaire en moins veut dire aussi moins de pertes dans les échanges, donc meilleur rendement global, moins d'investissement et moins d'entretien. De plus le cycle de Rankine y est profitablement écorné : la simplification amène à 15 s'affranchir de l'évaporateur (matériel volumineux, lourd et encrassant), ce qui signifie réduction d'investissement et d'entretien. L'apport de chaleur en profondeur fait bouillir le fluide organique frigorigène liquide (type NH3) dont la vapeur remonte par le tube ascendant (3) vers la turbine (f) faisant tourner le groupe turbo-alternateur (f)+(g) générateur d'électricité. Sortant de la turbine la vapeur organique est ramenée à l'état 20 liquide dans un condenseur (h) refroidi par un circuit d'eau de rivière (ou de mer pour les installations à proximité du littoral) voire dans un aérocondenseur (par air). Le condensat organique est finalement pompé (i) pour réinjection dans le circuit géothermique descendant (1) où il se réchauffe puis vaporise à nouveau fermant ainsi le cycle. Le reste des équipements (f)+(g)+(e) et (h)+(i) est maintenu.

25 La source froide (k), souvent en eau, reste inchangée. Cependant dans les pays tempérés et froids un refroidissement par aérocondenseur peut s'avérer plus intéressant car performant aux périodes où on en a le plus besoin, en hiver, puisque l'air y est plus froid que l'eau. De plus cette solution permet de s'installer dans des sites sans eau et elle ramène l'impact écologique à un strict minimum.

30 Les desseins en figures 1 à 7 permettent de mieux visualiser et comprendre les évolutions et avantages de ce nouveau procédé. L'existant : - La figure n°1 montre le principe d'une géothermie classique par injection et recirculation d'eau mais en roches profondes fracturées comme à Soultz-sous-Forêts. 35 - La figure n°2 fait état du circuit secondaire frigorigène de valorisation tel qu'utilisé à Soultz-sous-Forêts, proche des modèles développés en Energie Thermique des Mers à partir des installations frigorifiques et des pompes à chaleur. 2962195 -4- Le nouveau concept : - La figure n°3 décrit le procédé mis en oeuvre dans le cadre de l'invention où le circuit primaire classiquement en eau est ici remplacé par un circuit en fluide organique de 5 type frigorigène, avec donc fusion des circuits primaire et secondaire. - La figure n°4 donne l'apparence générale de l'installation avec ses principaux équipements telle qu'elle pourrait être perçue d'avion, dont vue éclatée de la salle des machines. - La figure n°5 montre le niveau de profondeur de forage à atteindre pour le concept 10 proposée. - La figure n°6 décrit le principe d'un forage dévié dirigé tel qu'il pourrait être appliqué à l'invention en solution optimale de récupération des calories géothermiques. - Enfin la figure n°7 fait état d'une variante simplifiée de forage vertical, toujours avec tuyaux concentriques ; solution toutefois moins performante thermiquement.

15 L'exposé détaillé d'un mode de réalisation de l'invention porte sur deux parties bien distinctes : Le forage et la centrale électrique. Un modèle de réalisation de cette installation de type frigorigène est dessiné en figure n°4. Il montre sa relative parenté mais aussi sa simplification par rapport aux Centrales électriques existantes dont celle de Soultz-sous-Forêts.

20 En partie souterraine, tel que typiquement décrite selon figure n° 5 (entre le niveau de sol 0 et une profondeur d'environ 2'000 m voire plus si le sol s'y prête), un puits de forage dévié/dirigé (figure n° 6) est percé dans le sol, comme savent le pratiquer les foreurs pétroliers. On y installe deux tuyaux concentriques dont la partie profonde est presque horizontale afin de faciliter l'absorption des calories géothermiques prélevées 25 dans cette zone chaude profonde. Le tuyau extérieur (1) est plus long que le tuyau intérieur (3) de façon à permettre le retournement de flux en son extrémité (p) fermée en fin de forage par un bouchon, en béton ou résines par exemple, isolant de manière étanche ce circuit primaire frigorigène du sol environnant. Ce tuyau dévié et dirigé peut s'écarter du site sur plusieurs centaines de mètres, essentiellement en partie profonde 30 non visible et non sujette à propriété particulière. Ce domaine est celui des spécialistes en géothermie (comme le BRGM) et des foreurs pétroliers. En surface est la Centrale électrique, la partie visible (sujette à achat de terrain pour y loger tous les bâtiments, structures, accès, etc....), dont la salle des machines, les tuyauteries et pompes extérieures, la sous-station électrique et le raccordement au 35 réseau national. Les deux tuyaux emplis du fluide organique sont calorifugés sur toute leur partie à l'air libre et même avant d'atteindre la surface quant au tuyau (1) externe. Cette mesure les protège des pertes calorifiques, pertes d'efficacité, lors des périodes 2962195 -5- froides surtout hivernales. Le tuyau (3) de remontée du fluide chaud est dirigé vers un ballon de flash (m) et un séparateur/sécheur (n), tous deux calorifugés et éventuellement mis à l'abri dans la salle des machines (d). La vapeur du fluide frigorigène débarrassée de 5 ses gouttelettes peut alors alimenter la turbine (f) surplombant le condenseur (h) dans la salle des machines. La turbine (f) entraîne un alternateur (g) générateur de courant sous tension alternative sinusoïdale selon la fréquence propre au pays qui accueille le projet (50 ou 60 Hz). L'électricité générée est transmise hors salle des machines à des transformateurs (o), dans la station électrique (q) de la Centrale, lesquels définissent les 10 tensions de sortie ajustées tant aux divers besoins internes qu'au réseau national de distribution (e). La vapeur décompressée sortant de la turbine (f) est ramenée à l'état liquide par refroidissement dans le condenseur (h) refroidi par eau ou par air (i). La pompe de circulation (i) du cycle frigorigène, située sous le condenseur (h), réinjecte les condensats sous pression dans le tuyau descendant (1).

15 Les sous-systèmes et les équipements de base sont déjà bien connus (forages, turbine, alternateur, condenseur à eau ou aérocondenseur, pompes, tuyauteries, ventilateurs, transformateurs, station électrique, réseau électrique, etc. ...). Seul le changement de paradigme (fluide frigorigène en place de l'eau géothermique) conduit à modifier le circuit primaire en cycle de Rankine simplifié comme le montre la figure n°3, 20 avec les conséquences qui en résultent sur le design du forage géothermique. Comme pour toute technologie nouvelle on peut s'attendre à quelques points difficiles mais ils n'auront pas trait à la partie au-dessus du sol (la Centrale proprement dite). Les développements du pilote européen de Soulz-sous-Forêts permettent d'affirmer que de grands groupes turbo-alternateurs en fluide organique (a priori NH3) sont 25 aujourd'hui bien maîtrisés. Tous les autres équipements thermiques, mécaniques et électriques sont eux aussi bien connus des entreprises spécialistes de ces domaines, en particulier de l'industrie du froid. Les points difficiles ne concerneront pas non plus, dans le principe, les forages géothermiques, verticaux ou déviés, qui ont fait leurs preuves. Même le secteur pétrolier est très demandeur de forages dirigés ou bien sinon de forages 30 dont on estime par modélisation ou suivi la direction empruntée. Les points délicats de cette invention pourraient s'avérer être la forme des forages (1) + (3) et leur raccordement au point de "base", le "sabot" (p), à environ 2'000 m de profondeur. Car comment optimiser/maximiser le prélèvement thermique et comment relier deux forages distincts de façon étanche jusqu'à 2'000 m de profondeur ou plus ? 35 - Une solution facile et peu chère pourrait consister en la dépose dans un même puits vertical de deux tuyaux concentriques (voir figure n°7). Le fluide descendant (1) passerait par exemple entre les deux tuyaux tandis que fluide chaud remonterait dans la colonne centrale (3). Le tuyau externe à flux descendant serait calorifugé sur ses premières centaines de mètres, où le sol est plus froid, mais bon conducteur thermique dans les sols profonds pour prélever au mieux leurs calories. Le matériau du tuyau interne à flux montant serait plutôt mauvais conducteur sinon calorifugé pour garder les calories à leur plus haut niveau sans pertes pendant toute la remontée. C'est le calcul au cas par cas des déperditions thermiques et des pertes de charge qui déterminera le design exact de ces tuyaux concentriques. Le changement de direction du fluide à la profondeur d'environ 2'000 mètres se ferait dans le point de "base", le "sabot" (p) métallique, lequel pourrait avoir une forme et des dimensions adaptées pour créer une circulation du fluide et un mouvement turbulent aptes à maximiser l'échange thermique profond (figure n°7). Mais une telle circulation verticale ne semble pas pouvoir optimiser l'échange calorifique car la température de sol diminue assez rapidement en remontant vers la surface. De ce point de vue il devrait être plus favorable d'utiliser l'expérience des pétroliers et de pratiquer un forage dévié et dirigé dont la partie profonde serait quasi horizontale avec échange thermique maximal par flux croisés (figure n°6). On pourrait ainsi optimiser l'échange entre le tuyau et le sol réservoir, par courant croisé avec un sol à sa température maximale sur une assez grande longueur de tuyau profond. Les puits horizontaux peuvent avoir des productivités bien supérieures aux puits verticaux. Dans ce système le "sabot" de retournement de flux gagne aussi à ne plus être qu'un simple et grossier tampon d'étanchéité (a priori en béton ou résines injectés résistants à la température). Les industriels spécialistes des installations de forage et les exploitants en géothermie sauront trouver la meilleure solution globale (techniquement, thermiquement et économiquement), laquelle pourrait d'ailleurs varier selon les sites. Une particularité du système mérite aussi considération : Le but étant d'absorber les calories profondes principalement par utilisation de la chaleur latente (de vaporisation) du fluide organique frigorigène, l'ingénierie en charge de la réalisation devra optimiser le cycle frigorigène en mettant en circulation le fluide organique sous une pression suffisante pour rester liquide aussi loin que possible dans le tuyau descendant, au moins jusqu'à la partie quasi horizontale en profondeur voire jusqu'à la "base" profonde (p), le "sabot". Ce niveau de pression dépendra des échanges thermiques dans le circuit, de la température du fluide frigorigène en sortie du condenseur (h), selon les caractéristiques du circuit de refroidissement (k), et il dépendra aussi des pertes de charges dans le circuit descendant (1), la "base" (p) et la remontée (3). Par contre on devrait gagner à passer en phase vapeur dès le tuyau de remontée (3) pour réduire les pertes thermiques avec le fluide descendant et le sol environnant plus froids. Les tuyaux à l'air libre gagneront à être calorifugés, voire même une partie du tuyau externe sous la surface. 2962195 -7- Comme avec la vapeur d'eau, il faudra aussi prévoir en surface un ballon de flash et un sécheur avant l'entrée du fluide frigorigène dans la turbine. Toutes ces mesures restent relativement classiques.

5 Les points très positifs de cette invention sont les suivants : Il n'y a aucun matériel nouveau ni d'un design trop particulier. L'installation devrait y gagner sur le plan économique (investissement et entretien). Sans compter que le plein remplissage de l'installation, en NH3 ou autre fluide frigorigène, ne se fait qu'une fois sauf très grosse fuite ou vidange nécessaire. L'utilisation du NH3 largement disponible et 10 relativement bon marché devrait sans doute s'imposer d'autant que ses propriétés physiques correspondent bien au procédé proposé. De plus pour des raisons de sécurité, ou de protection de l'environnement, le choix de l'ammoniac semble préféré à celui du propane ou du fréon dans les projets modernes. C'est la partie forage qui devrait faire le plus gros de l'investissement, mais bien moindre que pour le pilote de Soultz-sous-Forêts.

15 Chaque installation peut être optimisée au cas par cas mais on peut aussi créer des modèles-standards pour éventuellement gagner en investissement et rapidité de réalisation. Des inquiétudes peuvent subsister dans l'esprit de certains écologistes quant à l'impact biologique d'un circuit primaire, même fermé et étanche, empli d'un fluide 20 organique. Certes une fuite du fluide de travail est toujours possible. Néanmoins, l'industrie maîtrise l'utilisation de l'ammoniac (exemple : circuits de réfrigération des patinoires) et possède l'expérience de la prévention des fuites. Une petite fuite ne mettrait pas l'environnement en danger (l'ammoniac est un élément nutritif qui se dégrade naturellement). Par ailleurs une petite fuite serait assez vite réparée. De plus on connaît 25 les matériaux résistants appropriés grâce à l'industrie du froid. En revanche, une fuite majeure serait une menace sérieuse pour l'environnement en surface et dans les nappes phréatiques ou aquifères. L'étanchéité du système devra donc être particulièrement soignée et surveillée. Cependant une grosse fuite d'ammoniac dans les sols chauds, profonds, compacts et secs n'est guère problématique vu que l'ammoniac s'y vaporise et 30 remonte préférentiellement là où la pression et la perte de charge sont les plus faibles, c'est-à-dire a priori dans les tuyaux de forage. Il devrait suffire d'arrêter et isoler l'installation de surface tout en piégeant les vapeurs NH3 en surface à la sortie des tuyaux de forage. L'impact serait ainsi réduit au minimum. Les zones d'applications les plus intéressantes et faciles pour de telles 35 générations d'électricité en "géothermie sèche et chimique" (GESEC) sont des zones de moyenne énergie et moyenne profondeur, c'est-à-dire de profondeurs ne dépassant guère les 2'000 m avec des températures de = 100 à 150°C. 2962195 8- C'est donc une zone relativement large sur l'ensemble des continents. Plus particulièrement en France on constate que, si les nappes aquifères les plus chaudes et les zones de roches profondes à très haute température ainsi que les massifs volcaniques 5 récents couvrent un territoire relativement réduit, le nouveau procédé proposé couvre quant à lui un territoire nettement plus grand. Cette solution sèche, en circuit organique fermé et étanche, pourrait même être utilisée dans une nappe aquifère sous réserve que celle-ci ne soit pas dans le même temps dédiée à une utilisation en eau potable (à cause du risque de fuite NH3 accidentelle). Ce serait possible avec les chauds aquifères 10 profonds du Dogger par exemple, sous réserve de protéger le tuyau en contact avec cette eau très chargée en sels corrosifs (matériau résistant approprié). Pour en déduire le potentiel électrique valorisable grâce à cette énergie géothermique gratuite, renouvelable et propre, de moyenne énergie et profondeur, constatons que 1/4 à'/ du territoire français pourrait être mis à contribution (Grand Bassin 15 de Paris, Bassin Aquitain, Limagne, Bresse, Couloir Rhodanien). Dans l'expérience de Soultz-sous-Forêts on partait de l'idée que 1 km3 de sol profond refroidi de 20°C seulement libère autant d'énergie thermique que la combustion de 1'275'000 Tonnes de pétrole (= 1 MTep). Même si le nouveau procédé simplifié et performant est proposé à des températures plus basses, divisant par environ 1,5 cette 20 valorisation, l'économie en pétrole, gaz ou charbon et la réduction du CO2 et des pollutions méritent toute notre attention. La superficie de l'hexagone étant de 543'965 km2 l'économie pour 25 à 30% de surface utile serait nettement supérieure à notre consommation annuelle de pétrole en 2009. Une autre estimation circulant dans les couloirs officiels cite un potentiel électrique par géothermie d'au moins 110'000 MWe 25 (environ deux fois la génération française d'électricité actuelle). De plus une Centrale géothermique peut fonctionner au moins 8'000 heures par an détrônant de loin les techniques éoliennes et photovoltaïques, fluctuantes, limitées à guère plus de 2'000 à 3'000 heures/an en moyenne et de relatives faibles puissances unitaires. On voit donc que la géothermie n'est pas une énergie à galvauder.

30 On gagnera sans doute, comme dans les Centrales classiques, à chercher à standardiser les tailles des Centrales en commençant par leurs équipements et leurs sous-systèmes. Néanmoins la géologie et la ressource géothermique seront propres à chaque lieu d'implantation ainsi que les possibilités en source froide. De telles orientations ne pourront donc être prises qu'au terme des avant-projets. L'expérience dictera aussi les 35 choix. Sachant que des modules (f)+(g) de 20 à 30 MWe sont la proche ambition européenne à Soultz-sous-Forêts, et considérant que le nouveau procédé proposé ici (à plus faible température mais meilleure efficacité et moindres pertes) devrait s'approcher de cette génération, on peut s'attendre à des unités/tranches au niveau des 20 MWe. II peut s'en suivre, par regroupements localisés de tranches, des Centrales électriques de "géothermie sèche et chimique" (GESEC) d'au-moins 100 MWe, avec forages déviés multiples alimentant un grand groupe turbogénérateur (f)+(g) commun. Une éventuelle application extrapolée à grande profondeur et haute énergie pourrait y être la transformation de l'actuel double circuit primaire (eau) + secondaire (organique) du pilote de Soultz-sous-Forêts par un seul circuit primaire en doublet concentrique vertical fermé empli du fluide organique frigorigène, si toutefois des forages aussi profonds et à haute température ne continuent pas à poser des problèmes rédhibitoires tant en termes de réalisation des forages, de fonctionnement et de maintenance qu'en termes de risques (poches de gaz, induction de séisme). Partant des grandes productions nationales d'électricité des applications dérivées sont possibles selon les lieux, les tailles et profondeurs mises en jeu, allant jusqu'aux utilisations de chauffage par réseaux de distribution haute température (dans le résidentiel communautaire, le tertiaire ou l'industrie) sinon en grandes versions combinées (cogénération). L'invention peut éventuellement concerner, à moindre profondeur mais avec un intérêt douteux face aux systèmes concurrents, la production d'électricité et de chaleur en sites isolés à l'échelle d'une maison ou d'un hameau (par les plus petits groupes turbo existants pour l'électricité et avec pompes à chaleur pour le chauffage). Les utilisations pour du simple chauffage individuel basse température et faible profondeur de forage sont peut-être possibles au travers d'une pompe à chaleur dont l'évaporateur est remplacé par le forage en circuit fermé frigorigène. Mais il reste à en prouver l'intérêt économique par rapport aux solutions existantes. 35

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1) Dispositif de récupération de la chaleur géothermique de moyenne énergie caractérisé en ce qu'il comporte un circuit primaire fermé de fluide frigorigène (figure n°3) pour la génération d'électricité, le chauffage ou la cogénération.
2. 2) Dispositif de récupération de la chaleur géothermique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte, en première variante simplifiée de forage géothermique, un puits vertical (figure n°7) avec deux tuyaux concentriques (1) et (3) terminés par une "base"/un "sabot" (p) aménagé, toutes parties rendues étanches.
3. 3) Dispositif de récupération de la chaleur géothermique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte, en seconde variante de forage géothermique étanche, un puits dévié et dirigé (figure n°6) avec deux tuyaux concentriques (1) et (3) terminés par une "base"/un "sabot" (p), toutes parties rendues étanches, dont le cheminement profond est quasi horizontal pour favoriser l'échange thermique et la récupération de chaleur.
4. 4) Dispositif de récupération de la chaleur géothermique selon revendications 1 à 3 caractérisé par des forages en aquifères profonds de moyenne énergie, chargés en sels et non potables mais bons conducteurs thermiques, avec adaptation de la "base"/ le "sabot" (p) afin d'optimiser l'échange thermique profond en poche d'eau et tenir à la corrosion.
5. 5) Centrale de génération d'électricité mettant en oeuvre le dispositif selon les revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'elle utilise un cycle frigorigène simplifié (figure n°3), où turboalternateur, condenseur et pompe peuvent s'affranchir de l'évaporateur (a).
6. 6) Utilisation de la chaleur géothermique selon revendications 1 à 4 caractérisé par une extrapolation en forages très profonds de haute énergie (> 150°C) oommo altos à une
7. 7) Dispositif de récupération de la chaleur géothermique selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'une pompe à chaleur (pour chauffage résidentiel, tertiaire ou industriel) y est installée et adaptée de sorte que la partie évaporateur est remplacée par le forage recevant le fluide frigorigène. C'est le sol chaud plus ou moins profond qui joue lui-même le rôle d'évaporateur.
8. 8) Dispositif de récupération de la chaleur géothermique ' " selon revendications 1 à 4 caractérisé par des forages de quelques centaines de mètres de profondeur sur sites isolés, en chauffage ou cogénération à faible ou moyenne énergie et puissance à titre d'usages individuels ou de communauté réduite.