FR3079885A1 - Equipement pour les reseaux electriques, adaptes au stockage et a la restitution d'energie potentielle de pesanteur - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un équipement pour réseau électrique, adapté au stockage d'énergie sous forme d'énergie potentielle de pesanteur et à la restitution de ladite énergie potentielle de pesanteur sous la forme d'énergie électrique. L'équipement (1) est caractérisé en ce qu'il comprend : (i) au moins une masse solide (2), destinée à osciller entre deux positions de fin de course (F1, F2) qui se situent de part et d'autre d'un plan vertical passant par ledit axe de rotation horizontal (3'), (ii) des premiers moyens générateurs d'énergie (5), pour la production d'énergie électrique, (iii) des moyens d'impulsion (6), coopérant avec ladite masse solide (2) pour participer à son maintien en oscillation entre lesdites deux positions de fin de course (F1, F2), (iv) des moyens de commande (10), comprenant au moins un premier module de commande (101) pour le pilotage desdits moyens d'impulsion (6).
Description
Domaine technique auquel se rapporte l'invention
La présente invention concerne, de manière générale, le domaine des équipements pour les réseaux électriques.
Elle concerne plus particulièrement les équipements pour les réseaux électriques qui sont adaptés, d’une part, au stockage d’énergie sous forme d’énergie potentielle de pesanteur et, d’autre part, à la restitution de ladite énergie potentielle de pesanteur sous la forme d’énergie électrique.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Le stockage de l'énergie consiste à mettre en réserve une quantité d'énergie en un lieu donné, sous une forme aisément utilisable, pour une utilisation ultérieure.
Il est particulièrement intéressant pour valoriser avec efficacité les énergies alternatives, telles que l'énergie éolienne et l'énergie solaire.
En effet, ces sources d’énergie sont sûres et renouvelables, mais elles génèrent une production de manière intermittente.
Parmi les techniques de stockage, l'énergie peut être emmagasinée sous la forme d’énergie potentielle de pesanteur.
A cet effet, il est par exemple possible d’utiliser un équipement comportant des masses solides dont la position peut varier selon un gradient de hauteur. Un tel équipement peut ensuite restituer l’énergie potentielle de pesanteur sous la forme d’énergie électrique.
Toutefois, les équipements actuels de ce type ne sont pas totalement satisfaisants, notamment du fait de l’encombrement nécessaire au déplacement des masses solides.
Il existe ainsi un besoin de nouveaux équipements pour les réseaux électriques qui sont adaptés à stocker, et à restituer, l’énergie potentielle de pesanteur de manière efficace et dans un encombrement réduit.
Objet de l’invention
Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose justement un nouvel équipement pour les réseaux électriques qui est adapté à stocker, et à restituer, l’énergie potentielle de pesanteur de manière efficace et dans un encombrement réduit.
Plus particulièrement, on propose selon l’invention un équipement pour réseau électrique, adapté au stockage d’énergie sous forme d’énergie potentielle de pesanteur et à la restitution de ladite énergie potentielle de pesanteur sous la forme d’énergie électrique.
Cet équipement comprend :
(i) au moins une masse solide qui est portée par un arbre rotatif présentant un axe de rotation horizontal, laquelle masse solide se situe à distance dudit axe de rotation horizontal, et laquelle masse solide est destinée à osciller entre deux positions de fin de course qui se situent de part et d’autre d’un plan vertical passant par ledit axe de rotation horizontal, (ii) des premiers moyens générateurs d’énergie, comprenant un rotor entraîné en rotation par ledit arbre rotatif pour la production d’énergie électrique, (iii) des moyens d’impulsion, coopérant avec ladite masse solide pour participer à son maintien en oscillation entre lesdites deux positions de fin de course, lesquels moyens d’impulsion comprennent au moins un organe de poussée qui est adapté à participer à l’accélération de ladite masse solide depuis l’une desdites positions de fin de course vers l’autre desdites positions de fin de course, et (iv) des moyens de commande, comprenant au moins un premier module de commande pour le pilotage dudit au moins un organe de poussée équipant lesdits moyens d’impulsion.
Dans un tel équipement, la masse solide est manœuvrée jusqu’à une position de fin de course pour générer un stockage d’énergie sous forme d’énergie potentielle de pesanteur.
La masse solide va ensuite subir au moins une oscillation entre les positions de fin de course, pour produire de l’énergie électrique par le biais des moyens générateur électrique.
Selon un mode de réalisation particulier, les moyens d’impulsion comprennent :
- ledit au moins un organe de poussée, fonctionnant avec une seconde énergie,
- des seconds moyens générateurs d’énergie, comprenant un rotor entraîné par ledit arbre rotatif pour la production de ladite seconde énergie, et
- des moyens pour le stockage de ladite seconde énergie.
Dans ce cas, ledit au moins un organe de poussée consiste avantageusement en un actionneur linéaire qui se situe sur la trajectoire oscillante de ladite masse solide pour définir l’une desdites positions de fin de course et dont l’axe de poussée est tangent par rapport à ladite trajectoire oscillante de ladite masse solide.
Les moyens d’impulsion consistent alors avantageusement en un circuit pneumatique comprenant :
- ledit au moins un actionneur linéaire sous la forme d’un vérin pneumatique,
- lesdits seconds moyens générateurs d’énergie sous la forme d’un compresseur comprenant un rotor entraîné par ledit arbre rotatif pour la production d’air comprimé,
- des moyens pour le stockage dudit air comprimé destiné à alimenter ledit au moins un actionneur linéaire, et
- le premier module de commande, avantageusement associé à des moyens capteurs de position (par exemple un capteur angulaire), conçu pour actionner ledit au moins un actionneur linéaire lorsque la masse solide se situe au niveau de ladite position de fin de course.
Selon encore une particularité, ledit arbre rotatif comprend :
- un tronçon amont, portant ladite au moins une masse solide et destiné à subir une oscillation dans les deux sens de rotation,
- un tronçon aval, accouplé avec le rotor des premiers moyens générateurs d’énergie et éventuellement avec le rotor des seconds moyens générateurs d’énergie, et
- des moyens d’accouplement entre ledit tronçon amont et ledit tronçon aval, sous la forme d’un inverseur de sens adapté à convertir l’oscillation dudit tronçon amont en une rotation dans un sens unique de rotation pour ledit tronçon aval.
Dans ce cas, les moyens d’accouplement comprennent avantageusement deux axes :
- un axe d’entrée, accouplé au tronçon amont, et
- un axe de sortie, accouplé au tronçon aval, lesquels axes sont accouplés par deux engrenages comprenant chacun deux pignons qui sont portés chacun par l’un desdits axes.
Le premier engrenage comprend deux pignons directement accouplés, l’un desdits pignons étant porté sur son axe par un premier palier à sens unique de rotation.
Et ledit second engrenage comprend deux pignons accouplés par l’intermédiaire d’un organe intercalaire, par exemple un pignon libre, l’un desdits pignons étant porté sur son axe par un second palier à sens unique de rotation, inverse audit premier palier.
D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de l’équipement conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- le rotor des seconds moyens générateurs d’énergie est accouplé audit arbre rotatif par le biais de moyens d’accouplement débrayable ;
- l’équipement comporte des moyens moteurs, avantageusement des moyens moteurs électriques, adaptés à manoeuvrer ladite masse solide ;
- l’équipement comporte des moyens de verrouillage, adaptés à bloquer en rotation ladite au moins une masse solide ;
- l’équipement comporte des moyens d’accumulation d’énergie électrique, qui sont alimentés en électricité par les premiers moyens générateurs d’énergie ;
- les positions de fin de course se situent au-dessus d’un plan horizontal passant par l’axe de rotation horizontal ;
- l’équipement comporte au moins deux masses solides qui sont portées chacune par un tronçon de l’arbre rotatif, lesdits tronçons étant accouplés en rotation l’un avec l’autre ;
- la masse solide est portée par un bras qui est lui-même porté par l’arbre rotatif.
La présente invention concerne encore un procédé de mise en oeuvre de l’équipement pour réseau électrique selon l’invention, pour le stockage d’énergie sous forme d’énergie potentielle de pesanteur et pour la restitution de ladite énergie potentielle de pesanteur sous la forme d’énergie électrique.
Ce procédé selon l’invention comprend avantageusement :
- une phase de stockage d’énergie sous forme d’énergie potentielle de pesanteur, qui comprend une opération de manœuvre de ladite masse solide jusqu’à l’une desdites positions de fin de course, et
- une phase de restitution de ladite énergie potentielle de pesanteur sous la forme d’énergie électrique, qui comprend au moins une oscillation de ladite masse solide entre lesdites positions de fin de course, pour produire ladite énergie électrique par le biais des premiers moyens générateurs d’énergie.
Description detaillee d’un exemple de réalisation
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés :
- la figure 1 est une vue générale et en perspective de l’équipement selon l’invention, avec une vue de détails d’un tronçon aval de l’arbre rotatif qui est accouplé avec différents moyens générateurs d’énergie ;
- la figure 2 est également une vue générale et en perspective de l’équipement selon l’invention, avec une première vue de détails (en bas) montrant des moyens moteurs adaptés à manœuvrer en rotation ladite au moins une masse solide et une seconde vue de détails (en haut) montrant des moyens de verrouillage adaptés à bloquer en rotation ladite au moins une masse solide ;
- la figure 3 est une vue de côté de l’équipement selon l’invention ;
- la figure 4 est une vue partielle de l’équipement selon les figures 1 à 3, montrant des moyens d’accouplement de l’arbre rotatif sous la forme d’un inverseur de sens qui sont adaptés à convertir l’oscillation du tronçon amont en une rotation dans un sens unique de rotation pour le tronçon aval ;
- la figure 5 représente, en détails et de manière isolée, les moyens d’accouplement de la figure 4 ;
- les figures 6 à 8 sont des vues en coupe des différents axes formant les moyens d’accouplement des figures 4 et 5 ;
- la figure 9 est une vue générale, et en perspective, d’un équipement selon l’invention qui comporte deux masses solides portées par différents tronçons amont de l’arbre rotatif.
Equipement pour réseau électrique
L’équipement 1 pour réseau électrique, représenté notamment sur les figures 1 à 3, est adapté au stockage d’énergie sous forme d’énergie potentielle de pesanteur et à la restitution de ladite énergie potentielle de pesanteur sous la forme d’énergie électrique.
Par « réseau électrique », on entend avantageusement un ensemble d'infrastructures énergétiques qui permettent d'acheminer l'énergie électrique des centres de production vers les consommateurs d'électricité.
L’équipement 1 selon l’invention est utile au stockage de l'énergie, c’està-dire à une mise en réserve d’une quantité d’énergie en un lieu donné, sous une forme aisément utilisable, pour une utilisation ultérieure.
Un tel équipement 1 est en particulier utile pour valoriser avec efficacité les excédents de production d’énergie, par exemple dans le cas des énergies alternatives, sûres et renouvelables, mais intermittentes telles que l'énergie éolienne et l'énergie solaire.
En d’autres termes, l’équipement 1 selon l’invention consiste avantageusement en un accumulateur électrique, qui est adapté à convertir l'énergie électrique en énergie potentielle de pesanteur et à restituer ultérieurement cette énergie potentielle de pesanteur sous forme d’énergie électrique.
De manière générale, l'énergie potentielle de pesanteur d'un corps au voisinage de la Terre est une grandeur associée à la position de ce corps par rapport à la Terre. Cette énergie potentielle de pesanteur augmente lorsque l'altitude à laquelle se trouve le corps augmente. Une fois que le corps a gagné en altitude, l'énergie utilisée pour l'élever sera stockée sous forme d’énergie potentielle de pesanteur.
Encore de manière générale, lorsque le corps chute, cette énergie potentielle de pesanteur va se convertir en énergie cinétique qui est ici utilisée par l’équipement 1 pour la production d’énergie électrique.
Pour cela, l’équipement 1 selon l’invention comprend :
- au moins une masse solide 2 portée par un arbre rotatif 3 qui est supporté par un châssis 4 avec un degré de liberté selon un axe de rotation horizontal 3’, en vue d’une oscillation (ou d’un balancement) de ladite au moins une masse solide 2 entre deux positions de fin de course F1, F2 (représentées notamment sur les figures 1 et 3),
- des premiers moyens générateurs d’énergie 5 (figure 1), comprenant un rotor 51 entraîné en rotation par ledit arbre rotatif 3 pour la production d’énergie électrique,
- des moyens d’impulsion 6, coopérant avec la masse solide 2 pour participer à son maintien en oscillation entre les deux positions de fin de course El, F2,
- des moyens d’accumulation d’énergie électrique 7, qui sont alimentés en électricité par les premiers moyens générateurs d’énergie 5,
- des moyens moteurs 8 (figure 2), optionnels, adaptés à manœuvrer la masse solide 2 de manière à l’amorcer dans une première position de fin de course, et
- des moyens de commande 10, comprenant au moins un premier module de commande 101 pour le pilotage des moyens d’impulsion 6.
Masse solide et arbre rotatif
La masse solide 2 consiste par exemple en un bloc métallique dont la masse est comprise entre 120 et 800 kg.
Cette masse solide 2 comporte notamment deux faces frontales 21 dont le profil (aérodynamique) forme un bord d’attaque (ici en portion courbe convexe) qui est adapté à limiter les frottements à l’air au cours des oscillations.
La masse solide 2 se situe à distance de l’axe de rotation horizontal 3’. Pour cela, cette masse solide 2 est solidarisée ici avec l’arbre rotatif 3 par l’intermédiaire d’un bras radial 25, rigide.
Ce bras radial 25 est par exemple formé par deux flasques latérales, de manière à limiter son poids et à limiter les frottements à l’air.
Par exemple, la distance entre l’axe de rotation horizontal 3’ et le centre de gravité de la masse solide 2 est comprise 1500 mm et plusieurs mètres (par exemple 2 à 5 m).
Tel qu’abordé ci-dessus, lors de la restitution de l’énergie potentielle de pesanteur, la masse solide 2 est destinée à subir un mouvement d’oscillation (ou de balancement) entre les deux positions de fin de course F1, F2.
La trajectoire d’oscillation T de cette masse solide 2 s’inscrit alors avantageusement dans un arc de cercle dont le centre est confondu avec l’axe de rotation horizontal 3’ (figure 3).
Les deux positions de fin de course F1, F2 se situent de part et d’autre, et avantageusement symétriquement, d’un plan vertical P1 passant par l’axe de rotation horizontal 3’ (figure 3).
Plus précisément, ces positions de fin de course F1, F2 se situent encore au-dessus d’un plan horizontal P2 passant par l’axe de rotation horizontal 3’ (figure 3).
A cet égard, les positions de fin de course F1, F2 se situent avantageusement dans un secteur angulaire allant de 25° à 65° par rapport au plan horizontal P2.
En d’autres termes, l’amplitude de la trajectoire oscillante T, de chaque côté du plan vertical P1, s’étend avantageusement sur un secteur angulaire compris entre 115° et 155°.
Tel que développé par la suite, cette oscillation de la masse solide 2 est utile pour, d’une part, le stockage d’énergie sous forme d’énergie potentielle de pesanteur et, d’autre part, la restitution de cette énergie potentielle de pesanteur sous la forme d’énergie électrique.
Par ailleurs, l’arbre rotatif 3 comporte plusieurs tronçons parallèles qui sont destinés à pivoter parallèlement les uns par rapport aux autres.
A cet égard, tel que représenté notamment sur les figures 1 et 5, l’arbre rotatif 3 comprend avantageusement :
- au moins un tronçon amont 31, portant ladite au moins une masse solide 2 et destiné à subir une oscillation dans les deux sens de rotation autour de l’axe de rotation 3’ (flèches A et B sur la figure 5),
- un tronçon aval 32, accouplé avec le rotor 51 des premiers moyens générateurs d’énergie 5 et, éventuellement avec un rotor 621 de seconds moyens générateurs d’énergie 62 appartenant aux moyens d’impulsion 6 décrits ci-après, et
- des moyens d’accouplement 33 entre ledit tronçon amont 31 et ledit tronçon aval 32, sous la forme d’un inverseur de sens adapté à convertir l’oscillation dudit tronçon amont 31 (flèches A et B sur la figure 5) en une rotation dans un sens unique de rotation (flèche A sur la figure 5) pour ledit tronçon aval 32 (comme représenté schématiquement sur la figure 5).
En l’espèce, tel que représenté sur les figures 5 à 7, les moyens d’accouplement 33 comprennent deux axes parallèles, montés sur paliers :
- un axe d’entrée 331, accouplé au tronçon amont 31, et
- un axe de sortie 332, accouplé au tronçon aval 32.
Les axes 331, 332 sont accouplés par deux engrenages 333, 334 comprenant chacun deux pignons 3331, 3332 et 3341, 3342, qui sont portés chacun par l’un des axes 331,332 précités.
Les pignons 3331,3332, 3341,3342 sont ici à denture droite.
Le premier engrenage 333 comprend deux pignons 3331, 3332 qui sont portés, respectivement, par l’axe d’entrée 331 et par l’axe de sortie 332.
Ces deux pignons 3331, 3332 sont directement accouplés l’un avec l’autre.
L’un des deux pignons 3332 (ici le pignon 3332 de l’axe de sortie 332) est porté sur son axe 332 par un premier palier 3335 à sens unique de rotation (figure 7).
Le second engrenage 334 comprend également deux pignons 3341, 3342, qui sont portés respectivement par l’axe d’entrée 331 et par l’axe de sortie 332.
L’un des deux pignons 3342 (ici le pignon 3342 de l’axe de sortie 332) est porté sur son axe 332 par un second palier 3345 à sens unique de rotation (figure 7).
Le sens unique de rotation du second palier 3345 est inverse par rapport au sens unique de rotation du premier palier 3335 précité.
Ces deux pignons 3341, 3342 sont ici accouplés par l’intermédiaire d’un organe intercalaire 335, en l’espèce sous la forme d’un pignon libre 3351 porté par un axe de rotation 3352 (figure 8).
Premiers moyens générateurs d’énergie
Les premiers moyens générateurs d’énergie 5 consistent avantageusement en un générateur électrique « tournant », de préférence du type alternateur (figure 4 notamment).
Le rotor 51, entraîné en rotation par l’arbre rotatif 3, forme l’inducteur de ces premiers moyens générateurs d’énergie 5.
Moyens d’impulsion
Les moyens d’impulsion 6 coopèrent avec la masse solide 2 pour participer à son maintien en oscillation entre les deux positions de fin de course El, F2.
A cet effet, les moyens d’impulsion 6 comprennent au moins un organe de poussée 61 qui est adapté à participer à l’accélération de la masse solide 2 lors de son déplacement depuis l’une des positions de fin de course F1 ou F2 vers l’autre des positions de fin de course F2 ou F1, respectivement.
En l’espèce, ledit au moins un organe de poussée 61 consiste en un actionneur linéaire (vérin) qui se situe sur la trajectoire oscillante T de la masse solide 2, pour définir l’une des positions de fin de course F1, F2.
Ces organes de poussée 61 sont ici au nombre de deux, portés par le châssis 4, pour définir les deux positions de fin de course F1, F2 de la masse solide 2.
Chaque organe de poussée 61 comporte un axe de poussée 61’ qui est tangent par rapport à la trajectoire oscillante T de ladite masse solide 2 (figure 3).
Chaque organe de poussée 61 est destiné à venir coopérer avec l’une des deux faces frontales 21 de la masse solide 2.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit au moins un organe de poussée 61 fonctionne avec une seconde source d’énergie, avantageusement autre que l’énergie électrique et de manière indépendante par rapport aux moyens d’accumulation d’énergie électrique 7.
Dans ce cadre, comme illustré sur la figure 1, les moyens d’impulsion 6 comprennent de manière générale :
- ledit au moins un organe de poussée 61, fonctionnant avec la seconde énergie,
- des seconds moyens générateurs d’énergie 62, comprenant un rotor 621 entraîné par l’arbre rotatif 3 pour la production de cette seconde énergie, et
- des moyens 63 pour le stockage de ladite seconde énergie.
Dans un mode de réalisation préféré, les moyens d’impulsion 6 consistent avantageusement en un circuit pneumatique.
Selon ce mode de réalisation préféré, ledit au moins un actionneur linéaire 61 se présente alors ici sous la forme d’un vérin pneumatique (avec unité de guidage), avantageusement un vérin pneumatique simple effet.
Ledit actionneur linéaire 61 est avantageusement manoeuvrable entre deux positions :
- une position rétractée, à distance de l’autre actionneur linéaire 61 tenant compte de la trajectoire oscillante T, générée par la masse solide 2 atteignant la position de fin de course F1, F2, et
- une position déployée, rapprochée de l’autre actionneur linéaire 61 tenant compte de la trajectoire oscillante T, de sorte que le mouvement dans le sens rétractée / déployée génère la poussée sur la masse solide 2.
Les seconds moyens générateurs d’énergie 62 se présentent alors sous la forme d’un compresseur comprenant le rotor 621 entraîné par l’arbre rotatif 3 pour la production d’air comprimé.
Les moyens de stockage 63 consistent en des moyens 63 pour le stockage de cet air comprimé, par exemple une cuve (par exemple allant de 250 à 350 L), destinés à alimenter ledit au moins un actionneur linéaire 61.
De manière générale, le rotor 621 des seconds moyens générateurs d’énergie 62 est accouplé à l’arbre rotatif 3 par le biais de moyens d’accouplement débrayable 625.
Ces moyens d’accouplement débrayable 625 sont destinés à être pilotés par les moyens de commande 10 de manière à contrôler la production de la seconde énergie.
Ces moyens d’accouplement débrayable 625 consistent par exemple en un système du type courroie / poulies.
En particulier, les moyens d’accouplement débrayable 625 sont pilotables entre deux configurations :
- une configuration débrayée, lorsque la seconde énergie atteint une valeur seuil supérieure dans les moyens de stockage 63 (les moyens de stockage 63 sont pleins / remplis), et
- une configuration embrayée, lorsque la seconde énergie atteint une valeur seuil inférieure dans les moyens de stockage 63 (de manière à remplir ces moyens de stockage 63).
Moyens d’accumulation d’énergie électrique
Les moyens d’accumulation d’énergie électrique 7 consistent avantageusement en des accumulateurs électrochimiques ou batterie d’accumulateurs.
Ces moyens d’accumulation d’énergie électrique 7 sont alimentés en électricité par les premiers moyens générateurs d’énergie 5.
Ces moyens d’accumulation d’énergie électrique 7 sont eux-mêmes reliés au réseau électrique pour l’alimentation de consommateur(s) d'électricité.
De manière générale, l’équipement 1 peut encore comporter un ensemble de composants électriques, par exemple un onduleur, un coffret électrique, des contacteurs.
Moyens moteurs
Les moyens moteurs 8 sont adaptés à manœuvrer en rotation l’arbre rotatif 3 et la masse solide 2, de manière à amorcer cette dernière dans une position de fin de course F1 ou F2.
Ces moyens moteurs 8 peuvent également manœuvrer en rotation l’arbre rotatif 3 de manière à assurer, si nécessaire, la production de la seconde énergie destinée à alimenter les moyens d’impulsion 6.
En l’espèce, les moyens moteurs 8 consistent avantageusement en des moyens moteurs électriques qui coopèrent avec l’arbre rotatif 3 pour sa manœuvre en rotation dans les deux sens de rotation.
L’accouplement entre les moyens moteurs 8 et l’arbre rotatif 3 consiste par exemple en un embrayage électromagnétique 81 (figure 2).
En particulier, l’embrayage électromagnétique 81 est piloté entre deux configurations :
- une configuration débrayée, dans laquelle les moyens moteurs 8 sont séparés par rapport à l’arbre rotatif 3, adaptée par exemple lors de la restitution de l’énergie potentielle de pesanteur, et
- une configuration embrayée, dans laquelle les moyens moteurs 8 sont accouplés avec l’arbre rotatif 3 pour sa manœuvre en rotation, adaptée par exemple lors de l’accumulation de l’énergie potentielle de pesanteur.
Les moyens moteurs 8 sont reliés au réseau électrique pour leur alimentation en électricité.
Les moyens moteurs 8 sont avantageusement adaptés à manœuvrer en oscillation la masse solide 2, pour déplacer cette dernière jusqu’à atteindre une position de fin de course F1 ou F2.
Moyens de verrouillage
L’équipement 1 comporte encore avantageusement des moyens de verrouillage 35, adaptés à bloquer en rotation ladite au moins une masse solide 2 (figure 2).
Les moyens de verrouillage 35 sont en particulier utiles pour bloquer la masse solide 2 suite à son amorçage dans une position de fin de course F1 ou F2. Ces moyens de verrouillage 35 peuvent également servir au blocage de la masse solide 2 dans une position de fin de course F1 ou F2, lorsque les moyens d’accumulation d’énergie électrique 7 sont remplis.
Ces moyens de verrouillage 35 consistent ici en un dispositif de freinage à disque, comprenant :
- une mâchoire 351 portée par le châssis 4, et
- un disque 352 portée par l’arbre rotatif 3.
Moyens de commande
Les moyens de commande 10 forment un sous-ensemble électronique et/ou informatique de l’équipement 1, qui comprend différents modules (électroniques et/ou informatiques) conçus pour le pilotage de ses différents moyens fonctionnels précités.
Les moyens de commande 10 comprennent en particulier un premier module de commande 101 qui est conçu pour le pilotage dudit au moins un organe de poussée 61 équipant les moyens d’impulsion 6.
Selon le mode de réalisation préféré, le premier module de commande 101 est avantageusement associé à des moyens capteurs de position (non représentés) qui sont adaptés à détecter la position angulaire de l’arbre rotatif 3, et de sa masse solide 2 associée, autour de son axe de rotation horizontal 3’.
Ces moyens capteurs de position consistent par exemple en un capteur angulaire, dit encore « codeur rotatif >>.
Le premier module de commande 101 est alors conçu pour actionner ledit au moins un actionneur linéaire 61, en extraction (de sa position rétractée vers sa position extraite), lorsque la masse solide 2 se situe au niveau de la position de fin de course F1, F2 correspondante.
Les moyens de commande 10 peuvent comporter encore plusieurs autres modules, à savoir notamment :
- un module pour piloter les premiers moyens générateurs d’énergie 5, de manière à réguler la charge des moyens d’accumulation d’énergie électrique 7,
- un module pour le pilotage des moyens moteurs 8, par exemple pour la mise en œuvre d’une phase de stockage d’énergie sous forme d’énergie potentielle de pesanteur,
- un module pour le pilotage des moyens de verrouillage 35.
Modes de réalisation alternatifs
Selon un premier mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 8, l’arbre rotatif 3 porte une unique masse solide 2.
L’arbre rotatif 3 comporte alors avantageusement un unique tronçon amont 31.
Selon un second mode de réalisation illustré sur la figure 9, l’arbre rotatif 3 porte deux masses solides 2.
Les deux masses solides 2 sont destinées à osciller de manière synchrone, et dans un sens inverse l’une par rapport à l’autre (lorsqu’une masse solide 2 atteint une position de fin de course F1, l’autre masse solide 2 atteint l’autre position de fin de course F2).
Pour cela, l’équipement 1 comporte deux tronçons amont 31, désignés respectivement par les repères 311,312, qui portent chacun une masse solide 2.
Les tronçons amont 311, 312 pivotent parallèlement l’un par rapport à l’autre et ils sont accouplés en rotation l’un avec l’autre, en l’espèce par l’intermédiaire d’un engrenage 37 (figure 9).
L’engrenage 37 est composé ici de deux roues dentées 371, en prise directe, qui sont portées chacune par l’extrémité libre de l’un des deux tronçons amont 311,312.
En outre, en l’espèce, l’un des tronçons amont 311 coopère avec les moyens moteurs 8 et l’autre des tronçons amont 312 coopère avec les premiers moyens générateurs d’énergie 5.
Procédé pour le stockage / la restitution d’énergie potentielle
La mise en œuvre de l’équipement 1 va permettre le stockage d’énergie sous forme d’énergie potentielle de pesanteur, puis la restitution de cette énergie sous la forme d’énergie électrique.
Pour cela, le procédé suivant peut être exécuté :
- une phase de stockage d’énergie sous forme d’énergie potentielle de pesanteur, qui comprend une opération de manœuvre de la masse solide 2 jusqu’à l’une desdites positions de fin de course F1 ou F2, puis
- une phase de restitution de cette énergie potentielle de pesanteur sous la forme d’énergie électrique, qui comprend au moins une oscillation de la masse solide 2 entre les positions de fin de course F1, F2, pour produire de l’énergie électrique par le biais des moyens générateur électrique 5.
La phase de stockage peut être obtenue par les biais des moyens moteurs 8 qui vont manœuvrer la masse solide 2 jusqu’à l’une des positions de fin de course F1 ou F2.
Cette phase de stockage est avantageusement effectuée en présence d’un excès de production d’énergie sur le réseau électrique.
La masse solide 2 est maintenue dans sa position de fin de course F1, F2 par le biais des moyens de verrouillage 35.
Par la suite, si la valeur de charge des moyens d’accumulation d’énergie électrique 7 atteint une valeur seuil inférieure, la phase de restitution peut être mise en œuvre.
Pour initier cette phase de restitution, les moyens de verrouillage 35 sont inactivés.
La masse solide 2 va alors subit au moins une oscillation entre les positions de fin de course F1, F2.
Cette oscillation provoque la rotation de l’arbre rotatif 3, qui entraîne ellemême la rotation du rotor 51 des premiers moyens générateurs d’énergie 5 pour générer la production d’énergie électrique.
Cette énergie électrique peut alors servir à recharger les moyens d’accumulation d’énergie électrique 7.
L’équipement 1 peut ainsi réaliser une production d’énergie électrique tout au long des cycles d’oscillation de la masse solide 2 (ou des masses solides 2).
Lorsque les moyens d’accumulation d’énergie électrique 7 sont rechargés, la masse solide 2 peut être verrouillée dans l’une des deux positions de fin de course Fl ou F2 en vue d’un cycle de recharge ultérieur.
L’oscillation entre les deux positions de fin de course F1, F2 est avantageusement entretenue par les moyens d’impulsion 6, de manière à prolonger la production d’énergie dans le temps.
En particulier, lors de son arrivée sur une position de fin de course F1, F2, la masse solide 2 déplace l’actionneur linéaire 61 depuis sa position déployée jusqu’à sa position rétractée.
Le premier module de commande 101 pilote alors l’organe de poussée 61 (le cas échéant vers sa position déployée) de sorte à générer une poussée sur la masse solide 2 en position de fin de course F1, F2, participant à son accélération depuis l’une des positions de fin de course F1 ou F2 vers l’autre des positions de fin de course F2 ou F1, respectivement.
La poussée est configurée de sorte à apporter un complément d’énergie cinétique qui permet à la masse solide 2 d’atteindre la position de fin de course F2 ou F1 opposée lors de chaque oscillation.
Lors de la production de l’énergie électrique, les moyens d’accouplement débrayable 625 sont avantageusement pilotés dans la configuration débrayée.
Si nécessaire, en configuration embrayée, la rotation de l’arbre rotatif 3 entraîne également la rotation du rotor 621 des seconds moyens générateurs d’énergie 62 pour générer la production et l’accumulation de la seconde énergie.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Equipement pour réseau électrique, adapté au stockage d’énergie sous forme d’énergie potentielle de pesanteur et à la restitution de ladite énergie potentielle de pesanteur sous la forme d’énergie électrique, lequel équipement (1) est caractérisé en ce qu’il comprend :(i) au moins une masse solide (2) qui est portée par un arbre rotatif (3) présentant un axe de rotation horizontal (3’), laquelle masse solide (2) se situe à distance dudit axe de rotation horizontal (3’), et laquelle masse solide (2) est destinée à osciller entre deux positions de fin de course (F1, F2) qui se situent de part et d’autre d’un plan vertical (P1) passant par ledit axe de rotation horizontal (3’), (ii) des premiers moyens générateurs d’énergie (5), comprenant un rotor (51) entraîné en rotation par ledit arbre rotatif (3) pour la production d’énergie électrique, (iii) des moyens d’impulsion (6), coopérant avec ladite masse solide (2) pour participer à son maintien en oscillation entre lesdites deux positions de fin de course (F1, F2), lesquels moyens d’impulsion (6) comprennent au moins un organe de poussée (61) qui est adapté à participer à l’accélération de ladite masse solide (2) depuis l’une desdites positions de fin de course (F1, F2) vers l’autre desdites positions de fin de course (F1, F2), et (iv) des moyens de commande (10), comprenant au moins un premier module de commande (101) pour le pilotage dudit au moins un organe de poussée (61) équipant lesdits moyens d’impulsion (6).
- 2. Equipement pour réseau électrique, selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d’impulsion (6) comprennent :- ledit au moins un organe de poussée (61), fonctionnant avec une seconde énergie,- des seconds moyens générateurs d’énergie (62), comprenant un rotor (621) entraîné par ledit arbre rotatif (3) pour la production de ladite seconde énergie, et- des moyens (63) pour le stockage de ladite seconde énergie.
- 3. Equipement pour réseau électrique, selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit au moins un organe de poussée (61) consiste en un actionneur linéaire qui se situe sur la trajectoire oscillante (T) de ladite masse solide (2) pour définir l’une desdites positions de fin de course (F1, F2) et dont l’axe de poussée (61’) est tangent par rapport à ladite trajectoire oscillante (T) de ladite masse solide (2).
- 4. Equipement pour réseau électrique, selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d’impulsion (6) consistent en un circuit pneumatique comprenant :- ledit au moins un actionneur linéaire (61) sous la forme d’un vérin pneumatique,- lesdits seconds moyens générateurs d’énergie (62) sous la forme d’un compresseur (62) comprenant un rotor (621) entraîné par ledit arbre rotatif (3) pour la production d’air comprimé,- des moyens (63) pour le stockage dudit air comprimé destiné à alimenter ledit au moins un actionneur linéaire (61), et- le premier module de commande (101), conçu pour actionner ledit au moins un actionneur linéaire (61) lorsque la masse solide (2) se situe au niveau de ladite position de fin de course (F1, F2).
- 5. Equipement pour réseau électrique, selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit arbre rotatif (3) comprend :- un tronçon amont (31), portant ladite au moins une masse solide (2) et destiné à subir une oscillation dans les deux sens de rotation,- un tronçon aval (32), accouplé avec le rotor (51) des premiers moyens générateurs d’énergie (5) et éventuellement avec le rotor (621) des seconds moyens générateurs d’énergie (62), et- des moyens d’accouplement (33) entre ledit tronçon amont (31) et ledit tronçon aval (32), sous la forme d’un inverseur de sens adapté à convertir l’oscillation dudit tronçon amont (31) en une rotation dans un sens unique de rotation pour ledit tronçon aval (32).
- 6. Equipement pour réseau électrique, selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens moteurs (8), avantageusement des moyens moteurs électriques, adaptés à manoeuvrer ladite masse solide (2).
- 7. Equipement pour réseau électrique, selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de verrouillage (35), adaptés à bloquer en rotation ladite au moins une masse solide (2).
- 8. Equipement pour réseau électrique, selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens d’accumulation d’énergie électrique (7), qui sont alimentés en électricité par les premiers moyens générateurs d’énergie (5).
- 9. Equipement pour réseau électrique, selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les positions de fin de course (F1, F2) se situent au-dessus d’un plan horizontal (P2) passant par l’axe de rotation horizontal (3’).
- 10. Equipement pour réseau électrique, selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il comporte au moins deux masses solides (2) qui sont portées chacune par un tronçon amont (311, 312) de l’arbre rotatif (3), lesdits tronçons amont (311, 312) étant accouplés en rotation l’un avec l’autre.
- 11. Procédé de mise en oeuvre d’un équipement pour réseau électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, pour le stockage d’énergie sous forme d’énergie potentielle de pesanteur et pour la restitution de ladite énergie potentielle de pesanteur sous la forme d’énergie électrique, lequel procédé comprend :- une phase de stockage d’énergie sous forme d’énergie potentielle de pesanteur, qui comprend une opération de manoeuvre de ladite masse solide (2) jusqu’à l’une desdites positions de fin de course (F1, F2), et- une phase de restitution de ladite énergie potentielle de pesanteur sous la forme d’énergie électrique, qui comprend au moins une oscillation de ladite masse solide (2) entre lesdites positions de fin de course (F1, F2), pour produire de ladite énergie électrique par le biais des premiers moyens générateurs d’énergie (5).
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