WO2011089338A2 - Installation de valorisation d'énergie thermique - Google Patents

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    • Y02E10/10—Geothermal energy

Definitions

  • the present invention relates to an installation and a thermal process for upgrading the low temperature thermal energy, dissipated in particular by absorption chilled water production units often integrated in multigeneration systems.
  • multigeneration system means facilities that allow the simultaneous production of several energies, by using the heat produced by the production of electricity.
  • trigeneration allows the simultaneous generation of electricity, heat and cold, which greatly increases the efficiency on the primary energy.
  • low temperature thermal energy is meant the thermal energy recovered mainly on circuits (for example oil or water) whose temperature is less than 95 ° C.
  • Recoverable thermal energy on driving machines, typically motor or turbine have different temperature levels.
  • the exhaust gas has a temperature of around 450 ° C
  • the oil is at about 100 ° C
  • the water at 90 ° C
  • the heat radiated at 45 ° C.
  • the thermal energy downstream of an absorption group is generally 32 ° C.
  • absorption chilled water units are used according to the installation of Figure 1 attached in the appendices.
  • the heat introduced into the cold absorption group (7) is either directly produced heat
  • Absorption chilled water production units are often integrated in power generation plants (turbines or reciprocating gas or diesel engines), or in cogeneration or trigeneration plants.
  • the installations of this type are regulated by PLCs that use the heat available in the various circuits, complement it if necessary, and control the evacuation of excess heat if the circuits can not absorb all the thermal energy produced. by turbines or engines.
  • the present invention seeks to enhance the low temperature energy absorption chilled water groups integrated in multi-generation systems.
  • an energy recovery facility comprising at least one chilled water production absorption group and a heat pump.
  • the absorption group producing chilled water has at least:
  • an ice-water production circuit capable of being connected to a storage or consumption element
  • a low temperature thermal energy evacuation circuit having an input to the absorption group and an output of the absorption group.
  • the heat pump whose power is adjustable according to the needs, has at least: a fluid circuit for supplying the heat pump with heat energy, having an input into the heat pump and an output of the heat pump,
  • the specificity of the installation lies in the fact that the input of the supply circuit of the heat pump is connected to the outlet of the exhaust circuit of the absorption group in order to transfer at least a portion of the low temperature thermal energy from the evacuation circuit to the hot water production circuit.
  • a heat pump generally consists of an evaporator, a compressor driven by an electric motor, a condenser, and a pressure reducer.
  • a heat pump is a mechanical pump, which clearly differentiates it from an absorption group that functions chemically, thanks to an absorber, a concentrator, an evaporator, and a condenser.
  • the heat pump is used on the evaporator side (ie on the heat pump supply circuit side) to absorb the low temperature heat of the chilled water unit, and , on the condenser side (ie on the heat pump's hot water production circuit side), to restore this heat to a higher temperature level.
  • the overall efficiency of the system is increased since the heat removed from the absorption group is used instead of simply being dissipated.
  • the installation further comprises temperature control means, electrical power, thermal, and the level of the different fluids required. They measure the temperature at different points of the circuits as well as the electrical power, thermal, and levels, so as to minimize the temperature differences between the inlet of the heat pump supply circuit and the production circuit of the heat pump. hot water, to maximize the coefficient of performance (COP) of the heat pump.
  • COP coefficient of performance
  • the hot water production circuit of the heat pump (ie condenser side) is connected to at least one other heat generating circuit, in order to reach a predetermined minimum temperature. to use this energy in at least one other thermal energy consumer circuit, while maintaining the highest possible coefficient of performance (COP) of the heat pump.
  • COP coefficient of performance
  • the output of the supply circuit of the heat pump is connected to the inlet of the evacuation circuit in the absorption group.
  • the temperature difference between the outlet of the absorption group of the absorption group and the inlet of the discharge circuit in the absorption group is less than 5 ° C, preferably of the order of 4 ° C according to the recommendations.
  • the chilled water production circuit of the absorption unit is connected to an air conditioning system, and moreover, the hot water production circuit of the heat pump supplies a desalination unit. 'sea water.
  • the present invention further comprises a method of upgrading an installation as defined above.
  • the regulation means :
  • control means compare the measurements of the thermal parameters of the system with the pre-recorded curves of thermal consumptions (hourly, daily, etc.), and the state of the consumer circuits allows, at any time, to use the totality of available heat by early switching of energy in the different circuits.
  • Such a method makes it possible in particular to maximize the recovery of the available thermal energy in the low temperature thermal energy evacuation circuit of the absorption unit by adapting, in advance, the adjustment parameters, after analysis of the variations of temperature measured, and comparison of these variations with typical curves.
  • Such a regulation also makes it possible to better distribute the heat recovered to the consumer circuits (for example: the desalination unit) or to the thermal energy storage units (example: hot water / ice water).
  • the regulating means adjust the parameters of the other heat generating circuits so that the temperature of the hot water production circuit of the heat pump is minimal so that the COP of the heat pump is at a maximum. , and that the temperature of the hot water production circuit of the heat pump, after exchange with the other heat generating circuits, allow a heat transfer to the consumer circuits in order to reach the operating temperature of the various stations storage or consumption of heat.
  • This dynamic management of the Thermal transfer minimizes the power consumption of the heat pump motor (maximized COP).
  • control means control the condensation temperature of the heat pump.
  • the adjustment of the condensation temperature makes it possible, after exchange with the other cogeneration circuits, an efficient heat transfer to the consumer circuits.
  • the condensing temperature of the heat pump must be at the lowest level compatible with the heat transfer to the consumer circuits, after exchange with the other recovery circuits. This low temperature level, adjusted in real time according to the state of the consumer circuits, allows, at any time, to operate with the best possible coefficient of performance of the heat pump.
  • FIG. 1 represents an installation comprising a commonly used absorption group
  • FIG. 2 represents a schematic diagram of an embodiment of the invention showing the heat flows
  • FIG. 3 represents an exemplary embodiment of the invention according to FIG. 2, where the fluid circuits are visible.
  • the absorption chillers 7 are used according to the installation of FIG. 1.
  • Heat is introduced by the fluid supply circuit 6 (hot water circuit pressurized) in the cold absorption group 7.
  • This heat is either directly produced heat (gas combustion in particular), more efficiently, recovered heat (pressurized water or steam) in a system of production of electrical energy. (gas turbines, reciprocating engines with gas or diesel etc ).
  • Chilled water produced by the cold absorption unit 7 circulates in the chilled water production circuit 8 and supplies storage elements or consumption of chilled water 19, for example air conditioning circuits.
  • the heat at low temperature (sum of the heat introduced and the cold subtracted) is extracted by the low temperature thermal energy evacuation circuit 9 in cooling water cooling towers 21 equipped with fans 22.
  • Figure 2 shows the invention integrated in a multi-generation system, namely electricity production and heat. Thermal energy is used here for different purposes.
  • the driving machine 1 of the electric generator is integral with the driven generator 2.
  • the driving machine 1 is a gas or diesel engine
  • the driven generator 2 is an alternator.
  • An exhaust circuit 3 makes it possible to recover heat from the engine 1 and values the exhaust gases in a heat exchanger 4 in order to generate pressurized hot water or steam in the fluidic circuit 6.
  • the absorption chiller 7 may be single or multi-stage, preferably two-stage. Its generator (71 FIG. 3) is supplied with heat by the supply fluid circuit 6. The evaporator 73 supplies the chilled water production circuit 8, and the low temperature heat (30 ° C.) is removed from the condenser 72 by the low temperature thermal energy evacuation circuit 9. 2011/000031
  • the chilled water production circuit 8 is connected to storage or consumption of chilled water elements 19 (for example, an air conditioning system).
  • chilled water elements 19 for example, an air conditioning system
  • the heat pump 10 is driven by an electric motor 11.
  • the heat pump 10 is supplied by a supply fluid circuit which is directly connected to the low temperature thermal energy evacuation circuit 9 of the absorption unit 7.
  • the inlet of the supply fluid circuit in the heat pump 10 is connected to the output of the low temperature thermal energy evacuation circuit 9 of the absorption group 7.
  • the circuit 9 passing through the heat pump 10 is cooled by the evaporator 101 (see Figure 3) of the heat pump 10.
  • the output of the fluid supply circuit of the heat pump 10 is then connected to the inlet of the low temperature thermal energy evacuation circuit 9 of the absorption group 7.
  • the circuit 9 then has a lower temperature leaving the heat pump 10 than entering it.
  • this temperature difference in the circuit 9 between the output of the absorption group 7 and the entry into the absorption group 7 after having passed through the heat pump 10 is of the order of 4 ° C. according to the standard recommendations.
  • the heat pump 10 thus has two functions:
  • the first is to cool the condenser and the absorber of the absorption group 7, through the circuit 9;
  • the second is to raise the low temperature thermal energy of the circuit 9 to a temperature level usable by the heat-consuming circuits.
  • the temperature at the outlet of the condenser 103 of the heat pump 10, ie the temperature of the hot water production circuit 12 will be kept permanently at the minimum necessary in order to operate the heat pump 10 with a high coefficient of performance (COP), thanks to a small difference in temperature between the evaporator 101 and condenser 103 circuits, ie between the input of the supply fluid circuit in the heat pump and the hot water production circuit 12.
  • COP coefficient of performance
  • the high level of the coefficient of performance of the heat pump is essential for the overall energy efficiency.
  • This high efficiency by low temperature difference between the circuit of the evaporator 101 (connected to the circuit 9) and the circuit of the condenser 103 (connected to the circuit 12) is made possible by the rise in the temperature in the circuit 12 downstream the heat pump 10 if a higher temperature is required; for example, by heat exchanges in successive heat exchangers with heat at higher temperature from the cooling circuit 13 of the engine 1 (generally at a temperature of about 90 ° C).
  • this phenomenon can be amplified by connecting the circuit (6a) recovered directly to the supply fluid circuit 6 of the absorption chiller 7, as well as, possibly, with other recovery circuits or circuits. generation.
  • the unit for preparing and / or storing hot water 15 the unit for preparing and / or storing hot water 15
  • the seawater is conveyed in the unit by the circuit 17, the fresh water is stored in the tank 18, and the residual brines are removed by the circuit 17b.
  • the hot water of the unit 15 is conveyed to the various stations of use by the circuit 14.
  • the temperature rise of the circuit 12 by adding the other recovery circuits makes it possible to reach the temperature level required by the temperature transfer to the heat utilization circuits 15 and 16.
  • the set of energy parameters is managed by the control and regulation and control cabinet 20 and the instrumentation links are marked in dotted lines.
  • this control cabinet 20 automatically ensures:
  • the regulation 20 anticipates the recoverable thermal powers in the cogeneration circuits, that is to say on the exhaust gas 3 and on the cooling circuit 13 of the engine 1.
  • the thermal requirements of the energy recovery circuits are also known by measuring and memorizing the evolution curves. This knowledge by analysis of the typical curves in memory makes it possible to regulate the generation and the consumers of thermal energy. The heat is directed by anticipation towards the consumer and / or the storage element whose need will grow.
  • the amount of refrigerant energy absorbed by the circuit 8 is measured and compared to the typical curves stored to anticipate its hourly and daily evolution.
  • the amount of heat available in the circuit (6bis) will thus be determined by calculation.
  • This control unit 20 analyzes in real time all the electrical and thermal power parameters (refrigerant) required by the various circuits integrating these values and comparing them to the typical stored curves.
  • the regulation cabinet 20 controls the adjustment members in order to allow the maximum recovery of the heat in anticipation of the adjustments as a function of the variations of the measured energy parameters with respect to the expected parameters (stored in memory).
  • control cabinet 20 will maintain the coefficient of performance (COP) of the heat pump 10 at the highest, maintaining the temperature in the circuit 12 at least the usable in the systems 15 and 16 after adding thereto the thermal energy of the circuits 13 and (6bis) and possibly other recovery circuits, and, or generation.
  • COP coefficient of performance
  • the regulation allows to recover the entire co-generated energy through an always optimal use of flows in different. consumer circuits or to storage of thermal energy (hot or cold water) or to the storage of the result of the work of thermal energy such as desalinated water.
  • the regulation thus allows an anticipated switching of the thermal energy to, if necessary, the storage of ice water 19 or domestic hot water 15, as well as to the desalinated water basin 18.
  • control cabinet 20 controls the condensing temperature of the heat pump 10 so that it works continuously with the best possible coefficient of performance. By regulating the condensation temperature of the heat pump 10, it controls the temperature of the water in the circuit 12. This temperature will be permanently adjusted to maximize the coefficient of performance and recovery.
  • Example 1 if the system at a time t does not require desalination and the entire heat of the circuit 6 is consumed by the absorption group 7, then no thermal energy will be routed through the circuit ( 6bis).
  • Example 2 If the hot water storage 15 is at 55 ° C, and the heat transfer is done with a temperature difference of 5 ° C, the water before the storage unit 15 must then be at 60 ° C.
  • the control system 20 will calculate an energy optimum between the COP of the heat pump 10, the temperature of the circuit 12 and the heat available and / or necessary in the circuits 6bis and 13. For example, the control 20 controls the temperature of the heat pump. condensation of the heat pump 10 so that its circuit 12 transfers its amount of heat to the domestic hot water at 57.5 ° C, and the difference is provided by the motor circuit 13 to reach the temperature of 60 ° C.
  • the temperature in the circuit 12 will be as low as possible to obtain the best possible coefficient of performance of the heat pump 10 according to the desired temperatures. This remains possible in all states of the system.
  • Figure 3 allows to better show the different circuits used to perform the heat exchange necessary for the production of heat and cold in an installation according to the block diagram of Figure 2.
  • the motors (1 and 1b) are cooled by the circuit 13, itself cooled by the elements (23 and 23b) which are aero-refrigerants.
  • the circuits (3 and 3b) heat up the loop circulating in these two exchangers (4 and 4b) directly connected to the circuit 6.
  • the fluid circulates in this loop through a pump of circulation.
  • the same circuit 6 supplies a first element of the desalination system.
  • This circuit 6 then passes through another exchanger with the circuit of the hot water unit 15 and a last exchanger with the circuit 13 (engine cooling circuit 1 and lb).
  • the heat of the circuit 6 passes through the generator 71.
  • the circuit from the generator 71 supplies the condenser 72, the evaporator 73 and the condenser. absorber 74 before going back through the generator 71.
  • the evaporator 73 supplies the chilled water circuit 8 connected to the storage and / or distribution element 19.
  • Other circuits can be connected to the circuit 8, for example to supply units 25.
  • units 25 are, for example, chilled water distribution units such as fan coil (ie water-air heat exchangers).
  • the circuit 9 (low temperature evacuation fluid circuit), coming from the condenser 72, passes through the evaporator 101 of the heat pump 10 (single stage), then the absorber 74 and again the condenser 72 of the absorption cold unit 7.
  • the circulation of the circuit 9 is ensured by a circulation pump.
  • the circuit 9 can also cross a circuit of seawater 17 to raise a few degrees its temperature before it passes through the desalination units 16.
  • the internal circuit of the heat pump 10 recovers heat in the evaporator 101 and passes through the compressor 102, the condenser 103, then the expander 104.
  • the condenser 103 supplies the circuit 12 for producing hot water.
  • the circuit 12 crosses the circuit of the unit 15 by a first exchanger, then, by a second exchanger, the circuit 12 crosses the circuit 17 for the arrival of seawater.
  • the circulation of the fluid in the circuit 12 is guaranteed by yet another circulation pump.
  • the preheating unit 15 and / or hot water storage then feeds various elements 14, for example showers.
  • the seawater inlet circuit 17 is thus preheated three times before passing through the desalination units 16.
  • the brine is evacuated by the circuit 17b and the fresh water is stored in a tank 18.
  • the device according to the invention is particularly intended for the generation of electricity in isolated sites whose heat requirements are important, whether used directly or transformed.

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Abstract

Installation permettant de maximiser le rendement énergétique global comprenant au moins un groupe à absorption (7) de production d'eau glacée et une pompe à chaleur (10). La spécificité de l'installation réside dans le fait que l'entrée du circuit d'alimentation de la pompe à chaleur est reliée à la sortie du circuit (9) d'évacuation du groupe à absorption (7) afin de transférer au moins une partie de l'énergie thermique basse température du circuit d'évacuation (9) au circuit de production d'eau chaude (12). Une telle installation permet en outre de générer de l'eau glacée, de l'eau chaude sanitaire et de dessaler de l'eau de mer.

Description

Installation de valorisation d'énergie thermique
[0001] La présente invention est relative à une installation et un procédé thermique destiné à valoriser l'énergie thermique basse température, dissipée notamment par les groupes de production d'eau glacée à absorption souvent intégrés dans les systèmes multi -génération .
[0002] On entend par système multi -génération des installations permettant la production simultanée de plusieurs énergies, en utilisant de la chaleur sous-produit de la production d'électricité. Par exemple, une trigénération permet la production simultanée d'électricité, de chaleur et de froid, ce qui augmente considérablement le rendement sur l'énergie primaire.
[0003] On entend par énergie thermique basse température l'énergie thermique récupérée principalement sur des circuits (par exemple d'huile ou d'eau) dont la température est inférieure à 95°C. L'énergie thermique récupérable sur des machines entraînantes, moteur ou turbine typiquement, ont différents niveaux de température. Par exemple, pour un moteur, les gaz d'échappement ont une température avoisinant les 450°C, l'huile est à environ 100°C, l'eau à 90°C et la chaleur rayonnée à 45°C. L'énergie thermique en aval d'un groupe à absorption est généralement de 32 °C.
[0004] A ce jour, les groupes d'eau glacée à absorption sont utilisés selon l'installation de la figure 1 jointe en annexes .
[0005] La chaleur introduite dans le groupe froid à absorption (7) est soit de la chaleur directement produite
(combustion de gaz notamment) soit, de manière plus efficace, de la chaleur récupérée (eau pressurisée ou vapeur) dans un système de production d'énergie électrique, (turbines à gaz, moteurs alternatifs à gaz ou Diesel etc..) .
[0006] L'eau glacée produite alimente par exemple des circuits de climatisation et la chaleur à basse température (somme de la chaleur introduite et du froid soustrait) est extraite par le circuit (9) dans des tours de refroidissement à évaporation d'eau (21) équipées de ventilateurs (22).
[0007] Les groupes de production d'eau glacée à absorption sont souvent intégrés à des centrales de production d'énergie électrique (turbines ou moteurs alternatifs gaz ou Diesel) , ou dans des centrales de cogénération ou trigénération .
[0008] Les installations de ce type sont régulées par des automates qui utilisent la chaleur disponible dans les différents circuits, la complémentent si nécessaire, et pilotent l'évacuation de la chaleur en excès si les circuits ne peuvent absorber toute l'énergie thermique produite par les turbines ou moteurs.
[0009] Cet excès est alors dissipé par les réfrigérants des générateurs (échangeur eau/eau ou aéro-réfrigérant) . Dans tous les cas, la chaleur basse température extraite des groupes d'eau glacée à absorp ion.n'est pas utilisée.
[0010] La présente invention cherche à valoriser l'énergie basse température des groupes d'eau glacée à absorption intégrés dans des systèmes multi-génération.
[0011] A cet effet, est proposée suivant un premier aspect de l'invention, une installation de valorisation de l'énergie comprenant au moins un groupe à absorption de production d'eau glacée et une pompe à chaleur.
[0012] Le groupe à absorption de production d'eau glacée, présente au moins :
un circuit fluidique d'alimentation en énergie thermique ,
un circuit de production d'eau glacée, apte à être reliée à un élément de stockage ou de consommation,
un circuit fluidique d'évacuation d'énergie thermique basse température, présentant une entrée dans le groupe à absorption et une sortie du groupe à absorption.
[0013] La pompe à chaleur, dont la puissance est modulable en fonction des besoins, présente au moins : un circuit fluidique d'alimentation de la pompe à chaleur en énergie thermique, présentant une entrée dans la pompe à chaleur et une sortie de la pompe à chaleur,
- un circuit de production d'eau chaude.
[0014] La spécificité de l'installation réside dans le fait que l'entrée du circuit d'alimentation de la pompe à chaleur est reliée à la sortie du circuit d'évacuation du groupe à absorption afin de transférer au moins une partie de l'énergie thermique basse température du circuit d'évacuation au circuit de production d'eau chaude.
[0015] Une pompe à chaleur est généralement constituée d'un évaporateur, d'un compresseur entraîné par un moteur électrique, d'un condenseur, et d'un détendeur. Une pompe à chaleur est une pompe mécanique, ce qui la différencie nettement d'un groupe à absorption qui fonctionne chimiquement, grâce à un absorbeur, un concentrateur, un évaporateur, et un condenseur.
[0016] Dans le cas de la présente invention, la pompe à chaleur est utilisée, côté évaporateur (i.e. du côté du circuit d'alimentation de la pompe à chaleur) , pour absorber la chaleur basse température du groupe d'eau glacée, et, côté condenseur (i.e. du côté du circuit de production d'eau chaude de la pompe à chaleur) , pour restituer cette chaleur à un niveau de température plus élevé. Ainsi, le rendement global du système est augmenté puisque la chaleur évacuée du groupe à absorption est utilisée au lieu d'être simplement dissipée.
[0017] Selon un mode avantageux de réalisation, l'installation comprend en outre des moyens de régulation de température, de puissance électrique, thermique, et des niveau des différents fluides nécessaires. Ils mesurent la température en différents points des circuits ainsi que la puissance électrique, thermique, et les niveaux, de sorte à minimiser les écarts de températures entre l'entrée du circuit d'alimentation de la pompe à chaleur et le circuit de production d'eau chaude, pour maximiser le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur. En effet, plus l'écart de température entre 1 ' évaporateur et le condenseur est petit, meilleur est le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur.
[0018] Selon un autre mode avantageux de réalisation, le circuit de production d'eau chaude de la pompe à chaleur (i.e. côté condenseur) est relié à au moins un autre circuit de génération de chaleur, afin d'atteindre une température minimale prédéterminée pour utiliser cette énergie dans au moins un autre circuit consommateur d'énergie thermique, tout en maintenant le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur le plus élevé possible.
[0019] Selon encore un autre mode avantageux de réalisation, la sortie du circuit d'alimentation de la pompe à chaleur est reliée à l'entrée du circuit d'évacuation dans le groupe à absorption.
[0020] De préférence, la différence de température entre la sortie du circuit d'évacuation du groupe à absorption et l'entrée du circuit d'évacuation dans le groupe à absorption est inférieure à 5°C, de préférence de l'ordre de 4°C conformément aux préconisations .
[0021] Avantageusement, le circuit de production d'eau glacée du groupe à absorption est relié à un système d'air conditionné, et par ailleurs, le circuit de production d'eau chaude de la pompe à chaleur alimente une unité de dessalement d'eau de mer.
[0022] La présente invention comporte en outre un procédé de valorisation d'une installation telle que définie précédemment. Ainsi, les moyens de régulation :
- Mesurent la température, la puissance électrique, thermique, et les niveaux, en différents points de l'installation ;
Enregistrent ces températures afin d'établir des courbes typiques reflétant les moyennes d'utilisation sur une période donnée ; Comparent les températures mesurées aux courbes typiques pour déterminer des variations ;
En fonction des variations, ils ajustent les paramètres de fonctionnement des différents circuits de l'installation pour anticiper les besoins en énergie des différents postes de stockage ou de consommation de chaleur.
[0023] Ainsi, les moyens de régulation comparent les mesures des paramètres thermiques du système avec les courbes pré-enregistrées de consommations thermiques (horaires, journalières etc.) , et l'état des circuits consommateurs permet, à tout moment, d'utiliser la totalité de la chaleur disponible par aiguillage anticipé de l'énergie dans les différents circuits.
[0024] Un tel procédé permet notamment de maximiser la récupération de l'énergie thermique disponible dans le circuit d'évacuation d'énergie thermique basse température du groupe à absorption en adaptant, par anticipation, les paramètres de réglage, après analyse des variations de température mesurées, et comparaison de ces variations aux courbes typiques. Une telle régulation permet aussi de mieux répartir la chaleur récupérée vers les circuits consommateurs (par exemple : l'unité de dessalement) ou vers les unités de stockage d'énergie thermique (exemple: eau chaude/eau glacée) .
[0025] Avantageusement, les moyens de régulation ajustent les paramètres des autres circuits de génération de chaleur pour que la température du circuit de production d'eau chaude de la pompe à chaleur soit minimale de sorte que le COP de la pompe à chaleur soit maximal, et que la température du circuit de production d'eau chaude de la pompe à chaleur, après échange avec les autres circuits de génération de chaleur, permettent un transfert de chaleur vers les circuits consommateurs afin d'atteindre la température de fonctionnement des différents postes de stockage ou de consommation de chaleur. Ce pilotage en dynamique du transfert thermique permet de minimiser la consommation électrique du moteur de la pompe à chaleur (COP maximisé) .
[0026] De préférence, les moyens de régulation pilotent la température de condensation de la pompe à chaleur. Le réglage de la température de condensation permet, après échange avec les autres circuits de cogénération, un transfert thermique efficace vers les circuits consommateurs. La température de condensation de la pompe à chaleur doit être au niveau le plus bas compatible avec le transfert thermique vers les circuits consommateurs, après échange aux autres circuits de récupération. Ce bas niveau de température, ajusté en temps réel en fonction de l'état des circuits consommateurs, permet, à tout moment, de fonctionner avec le meilleur coefficient de performance possible de la pompe à chaleur.
[0027] L'invention, selon un mode préférentiel de réalisation, sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, à titre indicatif et nullement limitatif, et en référence aux dessins annexés présentés ci-après :
La figure 1 représente une installation comprenant un groupe à absorption couramment utilisée,
La figure 2 représente un schéma de principe d'un mode de réalisation de l'invention faisant apparaître les flux de chaleur,
La figure 3 représente un exemple de réalisation de l'invention conforme à la figure 2, où les circuits de fluides sont visibles.
[0028] Les éléments identiques représentés sur les figures 1 à 3 sont identifiés par des références numériques identiques .
[0029] Traditionnellement, les groupes d'eau glacée à absorption 7 sont utilisés selon l'installation de la figure 1.
[0030] De la chaleur est introduite par le circuit fluidique d'alimentation 6 (circuit d'eau chaude préssurisée) dans le groupe froid à absorption 7. Cette chaleur est soit de la chaleur directement produite (combustion de gaz notamment) soit, de manière plus efficace, de la chaleur récupérée (eau pressurisée ou vapeur) dans un système de production d'énergie électrique. (turbines à gaz, moteurs alternatifs à gaz ou Diesel etc...).
[0031] De l'eau glacée produite par le groupe froid à absorption 7 circule dans le circuit de production d'eau glacée 8 et alimente des éléments de stockage ou de consommation d'eau glacée 19, par exemple des circuits de climatisation. La chaleur à basse température (somme de la chaleur introduite et du froid soustrait) est extraite par le circuit fluidique d'évacuation d'énergie thermique basse température 9 dans des tours de refroidissement à évaporation d'eau 21 équipées de ventilateurs 22.
[0032] La figure 2 représente l'invention intégrée à un système multi-génération, à savoir de production d'électricité et de chaleur. L'énergie thermique est ici utilisée pour des besoins différents.
[0033] La machine entraînante 1 de la génératrice électrique est solidaire de la génératrice entraînée 2. Par exemple, la machine entraînante 1 est un moteur à gaz ou Diesel, et la génératrice entraînée 2 est un alternateur. Un circuit d'échappement 3 permet de récupérer de la chaleur du moteur 1 et valorise les gaz d'échappements dans un échangeur thermique 4 afin de générer de l'eau chaude pressurisée ou de la vapeur dans le circuit fluidique 6.
[0034] Les gaz d'échappements à une température supérieure à la température de condensation de ses composants sont évacués dans le conduit 5.
[0035] Le groupe d'eau glacée à absorption 7 peut être à simple ou multi-étage, de préférence à deux étages. Son générateur (71 figure 3) est alimenté en chaleur par le circuit fluidique d'alimentation 6. L' évaporateur 73 alimente le circuit de production d'eau glacée 8, et la chaleur à basse température (30 °C) est évacuée du condenseur 72 par le circuit fluidique d'évacuation d'énergie thermique basse température 9. 2011/000031
8
[0036] Le circuit de production d'eau glacée 8 est relié à des éléments de stockage ou de consommation d'eau glacée 19 (par exemple, un système d'air conditionné) .
[0037] La pompe à chaleur 10 est entraînée par un moteur électrique 11.
[0038] Dans le mode de réalisation selon l'invention, la pompe à chaleur 10 est alimentée par un circuit fluidique d'alimentation qui est directement relié au circuit fluidique d'évacuation d'énergie thermique basse température 9 du groupe à absorption 7.
[0039] Plus précisément, l'entrée du circuit fluidique d'alimentation dans la pompe à chaleur 10 est reliée à la sortie du circuit fluidique d'évacuation d'énergie thermique basse température 9 du groupe à absorption 7.
[0040] Le circuit 9 en passant dans la pompe à chaleur 10 est refroidi par 1 ' évaporateur 101 (cf. figure 3) de la pompe à chaleur 10.
[0041] La sortie du circuit fluidique d'alimentation de la pompe à chaleur 10 est ensuite reliée à l'entrée du circuit fluidique d'évacuation d'énergie thermique basse température 9 du groupe à absorption 7.
[0042] Le circuit 9 a alors une température moins élevée en sortant de la pompe à chaleur 10 qu'en y entrant.
[0043] De préférence, cette différence de température dans le circuit 9 entre la sortie du groupe à absorption 7 et l'entrée dans le groupe à absorption 7 après avoir passé dans la pompe à chaleur 10 est de l'ordre de 4°C, conformément aux préconisations standard.
[0044] La pompe à chaleur 10 a ainsi deux fonctions :
la première est de refroidir le condenseur et 1 ' absorbeur du groupe à absorption 7, au travers du circuit 9 ;
la seconde est d'élever l'énergie thermique basse température du circuit 9 à un niveau de température utilisable par les circuits consommateurs de chaleur. [0045] En effet, la température en sortie de condenseur 103 de la pompe à chaleur 10, i.e. la température du circuit de production d'eau chaude 12, sera maintenue en permanence au minimum nécessaire afin de faire fonctionner la pompe à chaleur 10 avec un coefficient de performance (COP) élevé, grâce à une faible différence de température entre les circuits évaporateur 101 et condenseur 103, i.e. entre l'entrée du circuit fluidique d'alimentation dans la pompe à chaleur et le circuit de production d'eau chaude 12.
[0046] Le haut niveau du coefficient de performance de la pompe à chaleur est essentiel pour le rendement énergétique global. Ce haut rendement par faible différence de température entre le circuit de 1 ' évaporateur 101 (relié au circuit 9) et le circuit du condenseur 103 (relié au circuit 12) est rendu possible par l'élévation de la température dans le circuit 12 en aval de la pompe à chaleur 10 si une température plus élevée est nécessaire ; par exemple, par des échanges de chaleur dans des échangeurs successifs avec de la chaleur à plus haute température provenant du circuit 13 de refroidissement du moteur 1 (généralement à une température d'environ 90°C) . A certaines périodes du cycle, ce phénomène peut être amplifié grâce au raccordement du circuit (6bis) récupéré directement sur le circuit fluidique d'alimentation 6 du groupe froid à absorption 7, ainsi que, éventuellement, avec d'autres circuits de récupération ou de génération.
[0047] Dans le mode de réalisation présenté figure 2, les utilisations de l'énergie thermique sont ensuite :
l'unité de préparation et/ou de stockage d'eau chaude sanitaire 15,
et l'unité de dessalement d'eau de mer 16 par évapo-condensation .
[0048] L'eau de mer est acheminée dans l'unité par le circuit 17, l'eau douce est stockée dans le réservoir 18, et les saumures résiduelles sont évacuées par le circuit 17b.
[0049] L'eau chaude de l'unité 15 est acheminée vers les différents postes d'utilisation par le circuit 14. [0050] L'élévation en température du circuit 12 par adjonction des autres circuits de récupération permet d'atteindre le niveau de température requis par le transfert de température vers les circuits d'utilisation de la chaleur 15 et 16.
[0051] L'ensemble des paramètres énergétiques est géré par l'armoire de contrôle et régulation et de commande 20 et les liaisons d'instrumentation sont marquées en pointillées.
[0052] Outre les fonctions de régulation classique, cette armoire de régulation par automate 20 assure en permanence :
la régulation dynamique de l'ensemble des paramètres ,
la maximisation de la chaleur gratuite récupérée dans les différents circuits,
et le maintient au plus haut du coefficient de performance de la pompe à chaleur 10.
[0053] En fonction de la puissance électrique produite par la génératrice 2, la régulation 20 anticipe les puissances thermiques récupérables dans les circuits de cogénération, c'est-à-dire sur les gaz d'échappements 3 ainsi que sur le circuit de refroidissement 13 du moteur 1.
[0054] Les besoins thermiques des circuits de récupération d'énergie sont également connus par mesure et mémorisation des courbes d'évolution. Cette connaissance par analyse des courbes typiques en mémoire permet de réguler la génération et les consommateurs d'énergie thermique. La chaleur est dirigée par anticipation vers le consommateur et/ou l'élément de stockage dont le besoin va croître.
[0055] Dans le mode de réalisation de la figure 2, la quantité d'énergie frigorifique absorbée par le circuit 8 est mesurée et comparée aux courbes typiques mémorisées pour anticiper son évolution horaire et journalière. La quantité de chaleur disponible dans le circuit (6bis) sera ainsi déterminée par calcul. Il en va de même pour les puissances thermiques nécessaires et leurs évolutions dans les circuits pour l'eau-chaude sanitaire 15 et le dessalement d'eau de mer [0056] Cette unité de régulation 20 analyse en temps réel l'ensemble des paramètres de puissance électrique et thermique (frigorifique) demandés par les différents circuits intégrants ces valeurs et les comparant aux courbes typiques mémorisées. L'armoire de régulation 20 commande les organes de réglage afin de permettre la récupération maximale de la chaleur par anticipation des réglages en fonction des variations des paramètres énergétiques mesurés par rapport aux paramètres attendus (mis en mémoire) .
[0057] De plus, l'armoire de régulation 20 maintiendra le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur 10 au plus haut, en maintenant la température dans le circuit 12 au minimum de l'utilisable dans les systèmes 15 et 16 après lui avoir ajouté l'énergie thermique des circuits 13 et (6bis) et, éventuellement, d'autres circuits de récupération, et, ou de génération.
[0058] Grâce à ces anticipations sur l'ensemble des circuits générateurs et consommateurs de chaleur, la régulation permet de récupérer la totalité de l'énergie co- générée par une utilisation toujours optimale des flux dans les différents . circuits consommateurs ou vers les stockages d'énergie thermique (eau chaude ou eau glacée) ou vers le stockage du résultat du travail de l'énergie thermique tel l'eau dessalée.
[0059] La régulation permet donc un aiguillage anticipé de l'énergie thermique vers, si nécessaire, le stockage d'eau glacée 19 ou l'eau chaude sanitaire 15, ainsi que vers le bassin d'eau dessalée 18.
[0060] De plus, l'armoire de régulation 20 pilote la température de condensation de la pompe à chaleur 10 afin que celle-ci travaille en permanence avec le meilleur coefficient de performance possible. En régulant la température de condensation de la pompe à chaleur 10, elle pilote la température de l'eau dans le circuit 12. Cette température sera en permanence ajustée afin de maximiser le coefficient de performance et la récupération. [0061] Exemple 1 : si le système à un instant t ne nécessite pas de besoin de dessalement et que la totalité de la chaleur du circuit 6 est consommée par le groupe à absorption 7, alors aucune énergie thermique ne sera acheminée par le circuit (6bis) .
[0062] Exemple 2 : Si le stockage d'eau chaude sanitaire 15 est à 55°C, et que le transfert thermique se fait avec une différence de température de 5°C, l'eau avant l'unité de stockage 15 doit alors être à 60°C. Le système de régulation 20 va calculer un optimum énergétique entre le COP de la pompe à chaleur 10, la température du circuit 12 et la chaleur disponible et/ou nécessaire dans les circuits 6bis et 13. Par exemple, la régulation 20 pilote la température de condensation de la pompe à chaleur 10 afin que son circuit 12 transfère sa quantité de chaleur à l'eau chaude sanitaire à 57,5°C, et la différence est fournie par le circuit moteur 13 pour atteindre la température de 60°C. La température dans le circuit 12 sera donc la plus basse possible pour permettre d'obtenir le meilleur coefficient de performance possible de la pompe à chaleur 10 en fonction des températures voulues. Cela reste possible dans tous les états du système.
[0063] La figure 3 permet de mieux faire apparaître les différents circuits mis en œuvre pour effectuer les échanges thermiques nécessaire à la production de chaleur et de froid dans une installation conforme au schéma de principe de la figure 2.
[0064] L'installation de la figure 3 utilise deux moteurs (1 et lb) associés à leur alternateur respectif (2 et 2b) .
[0065] Ils sont alimentés par du fuel stockés dans les réservoirs (24 et 24b) .
[0066] Les moteurs (1 et lb) sont refroidis par le circuit 13, lui-même refroidi par les éléments (23 et 23b) qui sont des aéro-réfrigérants.
[0067] Les circuits (3 et 3b) qui sortent des moteurs (1 et lb) vers les tuyaux d'échappement (5 et 5b) traversent les échangeurs (4 et 4b) . 2011/000031
13
[0068] En passant dans les échangeurs (4 et 4b) , les circuits (3 et 3b) réchauffent la boucle circulant dans ces deux échangeurs (4 et 4b) directement reliée au circuit 6. Le fluide circule dans cette boucle grâce à une pompe de circulation.
[0069] Au niveau d'une première vanne trois voies, le circuit 6 travers le générateur du groupe froid à absorption 7.
[0070] De plus, en sortant du groupe à absorption 7, ce même circuit 6 alimente un premier élément du système de dessalement. Ce circuit 6 traverse ensuite un autre échangeur avec le circuit de l'unité 15 d'eau chaude sanitaire puis un dernier échangeur avec le circuit 13 (circuit de refroidissement des moteurs 1 et lb) .
[0071] Au niveau du groupe froid à absorption 7 (de préférence à deux étages) , la chaleur du circuit 6 traverse le générateur 71. Le circuit issu du générateur 71 alimente dans l'ordre le condenseur 72, 1 ' évaporateur 73 et l'absorbeur 74 avant de retraverser le générateur 71.
[0072] L' évaporateur 73 alimente le circuit d'eau glacée 8 reliée à l'élément de stockage et/ou de distribution 19. D'autres circuits peuvent être branchés sur le circuit 8, par exemple pour alimenter des unités 25. Ces unités 25 sont, par exemple, des unités de distribution d'eau glacée comme des ventilo-convecteur (i.e. des échangeurs eau-air).
[0073] Le circuit 9 (circuit fluidique d'évacuation basse température), issu du condenseur 72, traverse 1 ' évaporateur 101 de la pompe à chaleur 10 (à simple étage) , puis l'absorbeur 74 et de nouveau le condenseur 72 du groupe froid à absorption 7. La circulation du circuit 9 est assurée par une pompe de circulation.
[0074] Le circuit 9 peut aussi croiser un circuit d'eau de mer 17 pour élever de quelques degrés sa température avant que celui-ci ne traverse les unités de dessalements 16.
[0075] Le circuit interne de la pompe à chaleur 10 récupère de la chaleur dans 1 ' évaporateur 101 et traverse le compresseur 102, le condenseur 103, puis le détendeur 104. [0076] Le condenseur 103 permet d'alimenter le circuit 12 de production d'eau chaude.
[0077] Le circuit 12 croise le circuit de l'unité 15 par un premier échangeur, puis, par un deuxième échangeur, le circuit 12 croise le circuit 17 d'arrivée d'eau de mer. La circulation du fluide dans le circuit 12 est garantie par encore une autre pompe de circulation.
[0078] L'unité 15 de préchauffage et/ou stockage d'eau chaude sanitaire alimente ensuite différents éléments 14, par exemple des douches.
[0079] Le circuit 17 d'arrivée d'eau de mer est ainsi préchauffé trois fois avant de traverser les unités de dessalement 16. En sortie des unités de dessalement 16, la saumure est évacuée par le circuit 17b et l'eau douce est stockée dans un réservoir 18.
[0080] Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la génération d'électricité dans les sites isolés dont les besoins de chaleur sont importants, qu'ils soient utilisés directement ou transformés.

Claims

Revendications
1. Installation de valorisation de l'énergie comprenant au moins :
- Un groupe à absorption (7) de production d'eau glacée, présentant au moins :
• un circuit fluidique d'alimentation en énergie thermique (6) ,
• un circuit de production d'eau glacée
(8) , apte à être reliée à un élément de stockage ou de consommation (19) ,
• un circuit fluidique d'évacuation d'énergie thermique basse température
(9) , présentant une entrée dans le groupe à absorption (7) et une sortie du groupe à absorption (7) ,
Une pompe à chaleur (10) dont la puissance est modulable en fonction dès besoins, présentant au moins :
• un circuit fluidique d'alimentation de la pompe à chaleur (10) en énergie thermique, présentant une entrée dans la pompe à chaleur et une sortie de la pompe à chaleur,
• Un circuit de production d'eau chaude (12), caractérisée en ce que l'entrée du circuit d'alimentation de la pompe à chaleur (10) est reliée à la sortie du circuit d'évacuation (9) du groupe à absorption (7) afin de transférer au moins une partie de l'énergie thermique basse température du circuit d'évacuation (9) au circuit de production d'eau chaude (12) .
Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens de régulation (20) de température, de puissance électrique, thermique, et des niveaux, mesurant la température en différents points des circuits ainsi que la puissance électrique, thermique, et les niveaux, de sorte à minimiser les écarts de températures entre l'entrée du circuit d'alimentation de la pompe à chaleur (10) et le circuit de production d'eau chaude (12), pour maximiser le coefficient de performance de la pompe à chaleur (10) .
Installation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le circuit de production d'eau chaude (12) de la pompe à chaleur (10) est relié à au moins un autre circuit de génération de chaleur (6bis, 13), afin d'atteindre une température minimale prédéterminée pour utiliser cette énergie dans au moins un autre circuit consommateur d'énergie thermique, tout en maintenant le COP de la pompe à chaleur (10) le plus élevé possible.
Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la sortie du circuit d'alimentation de la pompe à chaleur (10) est reliée à l'entrée du circuit d'évacuation (9) dans le groupe à absorption (7) .
Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la différence de température entre la sortie du circuit d'évacuation (9) du groupe à absorption (7) et l'entrée du circuit d'évacuation (9) dans le groupe à absorption est inférieure à 5°C de préférence de l'ordre de 4°C conformément aux préconisations .
Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le circuit de production d'eau glacée (8) du groupe à absorption (7) est relié à un système d'air conditionné.
Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le circuit de production d'eau chaude (12) de la pompe à chaleur (10) alimente une unité de dessalement d'eau de mer (16).
Procédé de valorisation d'une installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de régulation (20) :
- Mesurent la température, la puissance électrique, thermique, et les niveaux, en différents points de l'installation ;
- Enregistrent ces températures afin d'établir des courbes typiques reflétant les moyennes d'utilisa ion sur une période donnée ;
- Comparent les températures mesurées aux courbes typiques pour déterminer des variations ;
- En fonction des variations, ils ajustent les paramètres de fonctionnement des différents circuits de l'installation pour anticiper les besoins en énergie des différents postes de stockage ou de consommation de chaleur.
Procédé de valorisation selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de régulation (20) ajustent les paramètres des autres circuits de génération de chaleur pour que la température du circuit (12) soit minimale, de sorte que le COP de la pompe à chaleur (10) soit maximal, et que la température du circuit (12) après échanges avec les autres circuits de génération de chaleur (6bis, 13) permettent un transfert de chaleur vers les circuits consommateurs afin d'atteindre la température de fonctionnement des différents postes de stockage ou de consommation de chaleur .
Procédé de valorisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de régulation (20) pilotent la température de condensation de la pompe à chaleur (10) .
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