WO2013057427A1 - Improved adiabatic storage of energy in the form of heat and compressed air - Google Patents

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WO2013057427A1
WO2013057427A1 PCT/FR2012/052365 FR2012052365W WO2013057427A1 WO 2013057427 A1 WO2013057427 A1 WO 2013057427A1 FR 2012052365 W FR2012052365 W FR 2012052365W WO 2013057427 A1 WO2013057427 A1 WO 2013057427A1
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WO
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heat
energy
compressor
gas
temperature
Prior art date
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PCT/FR2012/052365
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French (fr)
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Eric Mercier
Mathieu ROUZEYRE
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Electricite De France
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • the invention relates to the field of energy storage.
  • the invention relates to the field of the alternation of a gas compression and energy storage mode and a mode of expansion of gas and energy destocking in the form of compressed air in a reservoir.
  • energy storage can be used to regulate and distribute irregular energy production over time. It is possible to store energy when means of producing it are available and to destock the energy when the means to produce it are no longer available.
  • short or irregular storage / retrieval cycles can be used to regulate, for example, the energy production of wind generators, subject to a need for the presence of wind or even solar generators, subject to a need for brightness.
  • CAES process for “compressed air energy storage” in English
  • CAES process the storage of energy in the form of compressed air
  • the destocking of energy comprises a phase of expansion of the air stored in the tank during which a current generator is actuated, for example a turbine coupled to an alternator.
  • a CAES process comprises an energy storage phase in which air is compressed and an energy destocking step in which the previously compressed air is expanded. The expansion is performed to drive a generator train 20, to provide power.
  • This installation 1 comprises a compression train 10 making it possible to pass an incoming air flow F1 from an inlet temperature Te, for example close to the ambient temperature, and from an inlet pressure Pe, close to the atmospheric pressure at a storage pressure Pst, with a storage temperature Tst.
  • Several compressors 11, 12 connected in series can be used during the compression phase.
  • the flow of compressed air F1 is then stored in a compressed air tank 100.
  • the generator train 20 makes it possible to produce current during the expansion of an outgoing air flow F2.
  • the outgoing air flow passes from a reservoir pressure Pr in the tank 100, to a pressure after expansion (called "post-expansion Pdc") close to the atmospheric pressure at the output of the generator train 20
  • the generator train 20 may comprise several generators 21, 22.
  • the passage from the tank pressure Pr to the post-expansion pressure Pdc can be done in several stages.
  • a “generator” means a pressure reducer comprising for example at least one turbine driven by compressed air and coupled to at least one alternator.
  • Adiabatic air compression generates a lot of heat.
  • Part of the energy supplied to the compression train 10 is dissipated as thermal energy in the incoming compressed air stream Fl and is not used to increase the pressure of the incoming airflow Fl.
  • This is typically a source of yield reduction.
  • the latter is stored in one or more heat storage assemblies 51, 52, in order to be transferred back to the compressed air flow.
  • F2 outgoing during the destocking phase.
  • thermal energy Q is extracted from the incoming air flow F1 at the outlet of each compressor 11, 12 by means of coolers 31, 32. It is then stored as heat in one or more 3.
  • thermal energy Q ' is transferred to the outgoing air flow F2 before it enters the generators 21, 22 by means of heaters 41 , 42.
  • Coolers 31, 32 and heaters 41, 42 are hereinafter referred to as "heat exchangers”.
  • each compressor 11, 12 undergoes very significant stresses due to the heat released by the compression. Indeed, the compression train 10 can generate, during the compression phase, a cumulative increase in the temperature of the incoming air flow Fl which can reach more than 500 ° C. or even more than 600 ° C.
  • each compressor 11, 12 then undergoes a small temperature gradient.
  • Such a set of compressors may comprise at least a first compressor 11 and a last compressor 12, possibly with one or more other intermediate compressors.
  • the last compressor can be named also "second compressor” below.
  • the heat transfer means make it difficult to transfer, before a single expansion phase, the thermal energy stored following several compressions. Accordingly, it is common that the expansion is also performed by means of several generators 21, 22 different, the stored thermal energy being transferred in part to the outgoing air flow at the input of the generator or generators.
  • the generators 21, 22 then comprise at least a first generator 21 and a last generator 22. Of course, if only two generators are provided, the last generator can be named also "second generator” below.
  • the compressors 11, 12 and generators 21, 22 must operate at the different temperatures and pressures imposed on the incoming and outgoing air flows. More the Operating temperatures are high, and the equipment capable of operating at these temperatures is expensive. We then try to reduce the highest temperatures of each compressor / generator.
  • each compressor 11, 12 is able to produce compressed air having a high temperature for example less than 400 ° C, for example less than 350 ° C.
  • the installation 1 is arranged to distribute the heaters 41, 42, both at the input of the generator train 20, but also between each generator 21, 22, as an intermediate heater. Then, since the thermal energy Q 'is not transferred at one time to the outgoing air flow F2, the high temperature of the compressed air flow entering each generator 21, 22 can generally be less than 400 ° C. for example less than 350 ° C.
  • the installation illustrated in FIG. 1 thus comprises two heat storage assemblies 51, 52, a first heat storage unit 51 comprising an intermediate cooler 31 and an intermediate heater 41, and a second heat storage unit 52 comprising a cooler terminal 32 and an initial heater 42 respectively positioned between the compression train 10 and the compressed air storage tank 100 and between the reservoir 100 and the generator train 20.
  • the two heat storage assemblies may each comprise a heat reservoir 3 or share such a heat reservoir 3.
  • a heat reservoir 3 is connected to at least one heater 41, 42 and at least one cooler 31, 32.
  • thermal energy Q ' is transferred to the outgoing air flow F2 during the destocking phase energy
  • Intermediate heaters and intermediate coolers are preferably connected, at least two by two, to a same heat reservoir, called “intermediate tank”.
  • Storage energy facilities CAES adiabatic storage process are interesting, but as stated above, although the theoretical yield approaching 100% performance generally obtained are rather close to 70%. The solutions known to date are therefore not completely satisfactory. It is therefore sought new ways to effectively implement CAES adiabatic type processes.
  • the present invention relates to an improved adiabatic CAES type storage method.
  • the second compressor compressing the incoming airflow already compressed by a first compressor
  • the conversion efficiency of a compressor is defined by the ratio between a pressure differential brought to a given amount of gas and an amount of electric power supplied.
  • thermal energy is extracted from the incoming air flow between two compressors in order to reduce temperature.
  • the compressors are adapted to compress air streams having given temperatures with a given conversion efficiency.
  • the inventors have identified that during the use of this type of installation, the conversion efficiency of the second compressor changes and is lower than the initial conversion efficiency.
  • the energy extracted from the air flow entering between two compressors during an energy storage phase is stored in a heat storage assembly in order to to be used during a phase of destocking of energy and transferred to a flow of outgoing air.
  • a relationship is therefore established between the thermal energy extracted from the incoming air flow in order to be stored, the energy storage assembly and the stored thermal energy transferred to the outgoing air flow.
  • the thermal energy extracted from the incoming airflow to be stored is substantially equal to the stored thermal energy transferred to the outgoing airflow.
  • the inventors have identified that the temperature at the output of a generator is greater than that expected (closer to 100 ° C. to 150 ° C. than 50 ° C.). As a result, before entering a heater, the airflow exiting at a higher than expected temperature and the heater can only transfer a limited amount of energy to the outgoing airflow. Thus, the energy supply of the generators is suboptimal.
  • the invention improves the situation.
  • a first compressor of the gas delivering a first quantity of heat
  • at least one second compressor downstream of the first compressor delivering a second quantity of heat
  • the installation comprises in particular heat transfer means that accumulate the first amount of heat at the first cooling amount to lower a gas temperature upstream of the second compressor and hence improve an operating efficiency of the second compressor.
  • the installation in the sense of the invention further comprises cooling means, upstream of the second compressor and / or downstream of the first expander, to further lower the temperature of the gas upstream of the second compressor. In operation, it is then possible to obtain a better conversion efficiency at the second compressor than in a plant according to the prior art, not including the aforementioned cooling means.
  • the cooling means are connected to at least one energy collector intended to collect a thermal energy, extracted from the gas passing through the cooling means.
  • a thermal energy extracted from the gas passing through the cooling means.
  • the above-mentioned energy collector can be connected to a power distribution network, for example a thermal energy distribution network.
  • the energy collector may be intended to heat a fluid passing through the thermal energy distribution network.
  • the energy collector comprises a heat-energy mechanical converter capable of transforming at least a portion of the thermal energy extracted by the cooling means into mechanical energy.
  • the energy collector may comprise, in addition or alternatively, a heat-current converter capable of transforming at least a portion of the thermal energy extracted by the cooling means into electrical energy.
  • the heat-current converter may advantageously be adapted to operate according to an Organic Rankine Cycle (or "ORC Cycle").
  • the cooling means are advantageously adapted to lower the temperature of the gas to a temperature below about 75 ° C, or even below about 50 ° C.
  • the heat transfer means preferably comprise a heat transfer fluid circuit including at least:
  • a first heat exchanger upstream of the second compressor for extracting heat energy from the gas containing the first amount of heat
  • a cold liquid reservoir providing a cold liquid to the first heat exchanger and a hot liquid reservoir for storing the thermal energy extracted by the first heat exchanger
  • a second heat exchanger downstream of the first expander for supplying, from the thermal energy stored in the hot liquid reservoir, thermal energy to the gas from the first expander
  • the cooling means being disposed between the first heat exchanger and the second compressor and / or between the first expander and the second heat exchanger.
  • the heat transfer means may comprise one or more thermal energy storage tanks made of a solid material and adapted in particular for:
  • the cooling means being arranged, as in the previous embodiment, between the heat tanks and the second compressor and / or between the first expander and the heat tanks.
  • the cooling means are preferably arranged downstream of the first expander.
  • the present invention also aims at a method of successive compression / expansion of gas respectively for storing / releasing energy, comprising:
  • heat transfer between the first amount of heat and the first amount of cooling is provided to lower a gas temperature before the second compression and thereby improve a second compression efficiency.
  • FIG. 1 represents an installation capable of implementing a CAES method according to the state of the art
  • FIG. 2 illustrates an installation capable of implementing one embodiment of the invention
  • FIG. 3 illustrates an installation capable of implementing a CAES method according to one embodiment of the invention
  • FIG. 4 illustrates an installation capable of implementing a CAES method according to one embodiment of the invention
  • FIGS. 5A and 5B illustrate two variants of heat transfer means;
  • Figure 6 illustrates heat transfer means for explaining an operating mode of the invention.
  • an installation 1 adapted to implement a CAES type process, comprises at least two pressure-mechanical energy converters 101, 102 adapted to convert mechanical energy into an increase of pressure in a fluid and / or conversely produce mechanical energy from a compressed fluid.
  • a pressure-mechanical energy converter is defined in the invention as being either a compressor capable of compressing a gas or an expander supplying mechanical energy from a compressed gas stream, which may, for example, drive an alternator so as to to produce current, that is to say an apparatus that can, alternatively, compress or drive an alternator from a compressed gas.
  • the installation 1 comprises heat transfer means 150 adapted to extract thermal energy from a fluid, store this thermal energy in a heat reservoir 103 and transfer this thermal energy. to a fluid, for example later.
  • the heat transfer means comprise at least one cold point PF and a hot point PC. A cold fluid to be heated between the cold point and out through the hot spot and vice versa for a hot fluid to cool.
  • the installation advantageously comprises a reservoir 100 in which the compressed fluid can be stored.
  • the fluid is preferably a gas, for example air.
  • the installation 1 is adapted to compress successively at least twice an incoming gas flow Fl before storing it in the tank 100.
  • the heat storage unit 150 is adapted to extract thermal energy Q of the incoming gas flow F1 at least between the two compression steps.
  • the installation 1 is adapted to produce mechanical energy from an outgoing gas flow F2 from the tank 100 by one or more pressure-mechanical energy converters 101, 102 imposing at least two successive stages of expansion of the outgoing gas flow F2.
  • the heat storage assembly is adapted to transfer heat energy Q ', stored in the heat reservoir 103, to the outgoing gas flow F2 at least between the two expansion stages.
  • the installation 1 comprises in particular an additional cooler 160 present between the heat storage assembly 150 and one of the two pressure-mechanical energy converters 101, 102, on the cold point side PF of the heat storage assembly 150. .
  • the two pressure-mechanical energy converters 101, 102 can compress a flow of gas in a first mode of operation of the installation, for the storage of energy.
  • the mechanical energy used to drive the pressure-mechanical energy converters and allow compression can advantageously be provided by an electric motor. Alternatively other compressor drive modes may be provided.
  • the installation may comprise the two pressure-mechanical energy converters 101, 102 now adapted to produce mechanical energy from a gas flow in a second mode of operation of the installation.
  • the mechanical energy produced can be used to drive a generator to produce electrical power.
  • the mechanical energy can be used differently, for example directly to drive one or more machines.
  • FIG. 3 A first particular embodiment of an installation 1 according to the invention is illustrated in FIG. 3. It comprises at the output of a first compressor 11 a first heat exchanger said intermediate cooler 31 able to extract, before the flow of compressed air arrives in a second compressor 12, a part Q of a thermal energy supplied to a flow of incoming air F1 by the first compressor 11.
  • the thermal energy extracted Q is extracted, stored and transferred by means heat transfer unit 51, comprising the intermediate cooler 31, a second heat exchanger (or “intermediate heater") 41 and a heat reservoir 3.
  • the incoming airflow Fl having an incoming storage temperature TOI at the output of the first compressor 11, enters the intercooler 31 where it emerges with an outgoing storage temperature T02, lower than the incoming storage temperature TOI. Then, the incoming airflow Fl is compressed by a second compressor 12 and stored in the compressed air tank 100.
  • an outgoing air flow F2 passes through a first expander, adapted to drive an alternator, said first generator 21, after having left the compressed air reservoir 100.
  • outgoing air flow F2 is cooled by expansion through the first generator 21.
  • the installation 1 is designed to penetrate the outgoing air flow F2 in the intermediate heater 41, so that it is warmed before to introduce it into a second regulator adapted to drive an alternator (or "second generator") 22.
  • a quantity of thermal energy Q ' is then transferred to the outgoing air flow F2.
  • the installation 1 comprises, between the intermediate cooler 31 and the second compressor 12, cooling means 6.
  • the cooling means comprise a heat exchanger adapted to cool the gas.
  • cooling means 6 are adapted to extract a quantity Qs of thermal energy from the incoming air flow F1 cooled by the intermediate cooler 31.
  • the incoming airflow Fl leaving the cooler intermediate 31 by a cold point PF, the additional cooler 6 is positioned between the cold point PF of the intercooler 31 and the second compressor 12.
  • the additional cooler 6 makes it possible to supply the second compressor 12 with an incoming airflow F1 having a compressor inlet temperature T03 lower than the storage leaving temperature T02 of the aftercooler 31.
  • the additional cooler 6 allows this temperature reduction (" over-cooled temperature ”) without requiring heat transfer means 51 intrinsically more efficient.
  • the outgoing storage temperature T02 does not depend solely on the intrinsic performances of the intermediate cooler 31, but also on an incoming destacking temperature TU of the outgoing air flow F2 at the inlet of the intermediate heater 41 connected to the same reservoir of
  • the heat transfer means comprising the intermediate cooler 31 allow a transfer of heat between the incoming gas flow and the outgoing gas flow entering the heat transfer means, and more the outgoing gas flow is hot, minus the incoming gas flow is cooled.
  • the additional cooler 6 is not used to store thermal energy in order to destock it in the outgoing gas stream.
  • the additional cooler 6 then has cooling performance of the incoming airflow F1 independent of the outgoing airflow F2.
  • the second compressor 12 has a lower compressor inlet temperature T03 than according to the state of the art.
  • the second compressor 12 therefore has a higher conversion efficiency than according to the state of the art and therefore consumes less electrical energy to operate.
  • the additional cooler 6 is preferably a cooler using little or no electrical energy to operate. It may be a simple radiator, for example a finned radiator, or a water radiator, transferring thermal energy to a body of water, for example a water circuit. Alternatively, it may be a heat pump using little electrical energy. In particular, such a heat pump uses less electrical energy than the electrical energy saved during operation of the second compressor according to the invention.
  • the installation illustrated in FIG. 3 comprises only two compressors. As a result only one cooler 31 has been shown.
  • the thermal transfer means advantageously comprise several intermediate coolers, generally one downstream of each compressor.
  • the installation may further comprise a terminal cooler (not shown) positioned between the compression train 10 and the compressed air reservoir 100, by example at the outlet of a last compressor 12.
  • the terminal cooler is able to extract heat energy supplied to the flow of compressed air by the last compressor 12 before the flow of compressed air is stored in the storage tank. compressed air 100. The thermal energy then extracted is stored in a heat reservoir connected to the terminal cooler.
  • an initial heater may be positioned to heat the outgoing airflow F2 at the input of the generator train 20. The initial heater is preferably bonded to the same heat reservoir as the terminal cooler.
  • a second embodiment of the invention illustrated in FIG. 4, implements another approach that also makes it possible to obtain, at the input of the second compressor, a colder inflating air flow F1.
  • FIG. 4 The installation of FIG. 4 is similar to the installation illustrated in FIG. 3.
  • the installation represented in FIG. 4 illustrates, in addition to the second embodiment of the invention, some of the possible variants of the installation mentioned above. high and applicable to both embodiments.
  • the installation comprises illustratively more than two compressors in the compression train 10 and more than two generators in the generator train 20 and more particularly three compressors 11, 12, 13 and three generators 21, 22, 23.
  • the heat transfer means may comprise an intermediate cooler 31, 32 between each compressor 11, 12, 13 and an intermediate heater 45, 46 between each generator 21, 22, 23.
  • Intermediate heaters and coolers intermediates can belong to common, general, heat transfer means, for example with a cold fluid circuit as cooler means extending by a circuit of the same heated fluid, as a heating means ..
  • the installation comprises a terminal cooler 33 at the output of the compression train 10 and an initial heater 43 at the input of the generator train 20.
  • the illustrated installation comprises a single heat reservoir 3 for storing quantities of thermal energy Q 1; -Q 1; QT, -QT, extracted by the different coolers 31, 32, 33 and transmit them to the heaters 43, 45, 46.
  • the cooling means comprise an additional destocking cooler 60 positioned downstream of a pressure reducer.
  • the additional destocking cooler 60 is preferably positioned at the inlet of at least one intermediate heater 45, 46, between a cold point PF of the intermediate heater 45, 46, between which the flow of outgoing gas F2 to be heated, and the generator 21 , 22 which precedes the intermediate heater 45, 46 in the generator train 20.
  • an additional destocking cooler 60 is provided at the inlet of each intercooler 45, 46.
  • the outgoing air flow F2 coming from a generator 21, 22 is cooled by the trigger used to produce current and is then overloaded. cooled by the additional destocking cooler 60. A thermal energy Qs is then extracted by the additional destocking cooler 60. Then, the outgoing air flow F2 enters the intermediate heater 45, 46 where a quantity Q1 of stored thermal energy previously in the heat tank 3 is transferred to it.
  • the gas thus heated allows, through a second generator 22, 23 to produce current.
  • the outgoing air flow was not heated to the input of the second generator, its temperature could be too low, for example close to the ambient temperature. In this case, the expansion inside the generator could produce an outlet temperature of less than zero degrees Celsius.
  • the installation may comprise only two compressors and / or only two generators. It may or may not include a terminal cooler and / or an initial heater.
  • the cooler (s) 31, 32, 33 may be connected to the same heat tank 3 or to different heat tanks.
  • Thermal energy storage can be achieved by means of a heat transfer fluid FC ( Figure 5A).
  • the heaters 41, 42, and the coolers 31, 32 are then distinct parts of the same set of heat transfer means 51.
  • a flow of fluid heat transfer medium is circulated between the cold point PF and the PC hot point of the heat exchanger (intermediate heater or intercooler, in one direction or the other, but preferably in the opposite direction of the air flow to reheat and / or cool).
  • thermal energy Q is extracted from the incoming airflow Fl that cools, it is transferred to the flow of coolant FC which is heated and vice versa.
  • thermal energy Q ' is transferred to the outgoing airflow F2
  • it is extracted to the coolant flow FC that cools.
  • the hot spots PC of the various heat exchangers 31, 41 are connected to the same hot liquid reservoir RC and the cold points PF of the heat exchangers 31, 41 are connected to the same cold liquid tank RF.
  • the heat transfer fluid FC flows from the cold liquid reservoir RF to the cold point PF of at least one cooler 31, accumulates heat in the cooler 31 and out of the cooler 31 at its PC hotspot.
  • the heat transfer fluid FC is then directed to the hot liquid reservoir RC.
  • the heat transfer fluid FC flows from the hot liquid reservoir RC to the hot point PC of at least one heater 41, loses heat in the heater 41 and exits the heater 41 at its cold point PF.
  • the heat transfer fluid FC is then directed to the cold liquid reservoir RF.
  • the thermal energy Q is mainly stored in the hot liquid reservoir RC and the heat exchanges with the inflowing air inflows Fl and outgoing F2 can take place at remote points.
  • the thermal energy extracted Q, or transferred Q ', can be calculated from the difference between the hot spot temperature TC and the cold spot temperature TF of the heat exchanger and from the coolant flow FC.
  • the thermal energy can be stored in a solid material such as concrete or natural or manufactured materials (Figure 5B).
  • the thermal energy is not conveyed from a cooler to a heat reservoir and then to a heater.
  • each heat reservoir 51 also acts as a heat exchanger regardless of the operating mode of the heat exchanger. installation.
  • the heat tank acts as a heater when the installation is in the mode of energy destocking and gas expansion and acts as a cooler when the installation is in energy storage mode and compression of gas .
  • each heat reservoir is traversed by the air flows, in one direction, from its hot point PC to its cold point PF, to cool the incoming air flow Fl, or in the opposite direction to heat the air.
  • the thermal energy extracted is stored in the solid material and the air flows through the heat exchanger heat or cool in contact with the solid material.
  • a single heat exchanger can simultaneously serve as an intercooler at the inlet of several compressors. Conversely, it is possible to provide several heat exchangers, mounted in series or in parallel, between two compressors, and therefore between two heaters.
  • FIG. 6 illustrates the operation of an adiabatic heat storage unit 70 comprising a cooler 73, for extracting thermal energy Q from a first fluid F1 having a hot incoming temperature TE1 and storing it in a heat reservoir 3 and a heater 74 for using at least a portion Q 'of the stored thermal energy to heat a second fluid F2.
  • the second fluid is heated during a different operating phase from that during which the first fluid is cooled.
  • the thermal energy Q extracted from the first fluid F1 is substantially equal to the amount of thermal energy Q 'used to heat the second fluid F2.
  • the second fluid F2 has, before heating, a cold incoming temperature TE2 and, after heating, a warmed outgoing temperature TS2.
  • the amount of heat energy Q 'used to heat the second fluid F2 is defined by a difference between the heated outgoing temperature TS2 and the incoming cold temperature TE2.
  • the heated outgoing temperature TS2 is less than or equal to the hot incoming temperature TE1 of the first fluid F1.
  • the heat energy used Q 'for heating the second fluid F2 depends on a cold incoming temperature TE2 of the second fluid F2 and the incoming hot temperature TE1 of the first fluid Fl.
  • the hot incoming temperature TE1 of the first fluid F1 is substantially fixed, since it is due to the transfer of a first quantity of heat into a gas following a precise compression.
  • the thermal energy Q extracted from the first fluid F1 then depends solely on the cold incoming temperature TE2 of the second fluid F2.
  • the first fluid F1 has a cold outgoing temperature TS1, after cooling, which depends on the cold incoming temperature TE2 of the second fluid F2 at the inlet of the heater 74.
  • An installation capable of implementing a CAES process operates by alternating cycles of extraction of thermal energy and then reintroduction of thermal energy. From one cycle to another, the cold spot temperatures TF are substantially identical to each other and the hot spot temperatures TC are substantially identical to each other. If the heat storage assemblies are appropriately sized, in nominal operation, it can be considered as a first approximation that the hot point PC and the cold point PF have substantially invariant temperatures.
  • nominal operation means that the installation operates optimally, or at least in an expected manner.
  • the cold spot temperature TF tends to the incoming storage temperature TE2 and the hot spot temperature TC tends to the incoming storage temperature TEL
  • the colder the temperature TF point of the heat exchanger is hot the lower the storage temperature TS1 is low and less the inlet temperature in the second compressor is low.
  • the heat storage tanks can theoretically allow cooling from a hot incoming temperature TE1 high, close to 350 ° C or up to 400 ° C or 600 ° C or higher, up to a cold outgoing temperature TS1 of the order an ambient temperature value, for example 15 ° C or 25 ° C or even 50 ° C.
  • a hot incoming temperature TE1 high close to 350 ° C or up to 400 ° C or 600 ° C or higher
  • a cold outgoing temperature TS1 of the order an ambient temperature value, for example 15 ° C or 25 ° C or even 50 ° C.
  • the inventors noted that when establishing the permanent, the outgoing cold temperature TS1 is higher than this theoretical cold outgoing temperature.
  • the cold outgoing temperature TS1 of the intermediate heat storage assembly corresponds to a temperature of the air flow. entering Fl at the input of the second compressor when the installation is in an energy storage mode.
  • the outgoing air flow F2 from the regulators 21, 22 does not have a temperature as low as desired. Indeed, the temperature of the outgoing air flow F 2 at the outlet of the expander is generally not close to the ambient temperature or even 50 ° C as initially dimensioned, but a temperature closer to about 100 ° C or even about 150 ° C.
  • the incoming TE2 destocking temperature of the air flow entering the heater during the destocking phase is generally closer to 100 ° C. or even 150 ° C. in nominal operation.
  • the cold spot temperature TF of the heat tanks 3 increases and gradually tends towards the temperature of the outgoing air flow F2 at the outlet of the first generator, about 100 ° C or even about 150 ° C instead of about 50 ° C.
  • the incoming air flow F1 is cooled only up to the temperature of the outgoing air flow F2 at the outlet of the first generator, ie about 100 ° C. or 150 ° C.
  • the additional destocking cooler 60 introduced between the first generator 21 and the intermediate heater 51 allows an overcooling of the outgoing airflow F2. from the first generator. It follows a lowering of the TE2 outlet storage temperature in the intermediate heater 51.
  • the outlet temperature of the additional destocking cooler 60 is then called "over-cooled". Consequently, during the establishment of a nominal operation, the cold spot temperature of the heat reservoir assembly 3 tends towards this over-cooled temperature, lower than the temperature of the outgoing air flow F 2 at the outlet of the first generator.
  • the over-cooled temperature may be less than or equal to 75 ° C or less than or equal to 50 ° C or lower.
  • the incoming air flow F2 therefore has a lower temperature than in the state of the art both at the outlet of the aftercooler 51 and at the inlet of the second compressor.
  • the second compressor therefore has a higher conversion efficiency than according to the state of the art.
  • the hot spot temperatures of the heaters 51, 52 are identical to those of the state of the art, the inlet temperatures and pressures of the two generators 21, 22 are substantially identical to those of the state of the art.
  • the installations according to the first and second embodiments described above have the same production capacity as the installations of the state of the art and the same efficiency in phase of destocking energy while having at least one compressor having better performance.
  • the thermal energy extracted by the additional coolers 6, 60 is advantageously collected by a collector 61 and distributed in power distribution networks 62 (FIG. 4).
  • Power distribution networks 62 may be heat networks, steam generators, or hot water distribution systems for a home, city, or appliance.
  • the collected thermal energy can be converted into another type of energy, mechanical or electrical, for example by a heat / current converter operating according to organic Rankine cycles (or "ORC cycles").
  • the energy thus recovered is extracted and distributed during the destocking phase, that is to say when the energy demand is higher.
  • the plant according to the invention has a further improved efficiency: not only is less energy used during the energy storage phase, but more energy is produced during the destocking phase. energy than in an installation according to the state of the art. Indeed, energy production by the generators activated by compressed air is added the energy extracted by the additional destocking cooler 60 and transformed or distributed according to the aforementioned means.
  • the principle of the invention can be applied to installations where the compressors (and / or expander) operate with other ranges of temperature than those described above.
  • the second compressor can be set to operate optimally when the temperature of the compressor inlet gas flow is close to 250 ° C or 300 ° C or other higher temperatures.
  • the incoming gas flow from the first compressor, or the gas flow entering the second expander can have a temperature of the order of 600 ° C or 700 ° C or more.
  • the heat transfer means can be sized with a theoretical cold temperature of 100 ° C or 150 ° C, or 250 ° C or 300 ° C, or any other temperature instead of 15 ° C or 25 ° C as mentioned above.
  • the principle of the invention is also applicable for such installations and allows an improvement of the conversion efficiency of the second compressor. Indeed, for the same variation in pressure, in the direction of compression or expansion, the compressors produce a greater amount of heat than that dissipated by the trigger, which can be explained by the fact that the compressors and Regulators are not perfect mechanical pressure-energy converters.
  • the cooling means can then be set to lower the gas temperature by 10 ° C, 50 ° C, 100 ° C, 150 ° C or higher depending on the installation.

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Abstract

The invention relates to a facility (1) for successive compressions/expansions of gas to store/release energy, comprising: * for the compressions: - a first compressor (11, 101) for compressing the gas delivering a first amount of heat, and - at least a second compressor (12, 102) downstream from the first compressor, * and for the expansions: - a first expander (21, 102) for expanding the gas producing a first amount of cooling, and - at least one second expander (22, 101) downstream from the first expander, in which heat transfer means (51, 150) accumulate the first amount of heat with the first amount of cooling to reduce a temperature of gas upstream from the second compressor, characterised in that the facility further comprises cooling means (6, 60, 160), upstream from the second compressor and/or downstream from the first expander, to reduce further the temperature of the gas upstream from the second compressor.

Description

STOCKAGE ADIABATIQUE AMÉLIORE D'ÉNERGIE SOUS FORME DE CHALEUR ET  ADIABATIC STORAGE ENHANCES ENERGY IN THE FORM OF HEAT AND
D'AIR COMPRIME  COMPRESSED AIR
L'invention concerne le domaine du stockage d'énergie. En particulier, l'invention concerne le domaine de l'alternance d'un mode de compression de gaz et de stockage d'énergie et d'un mode de détente de gaz et de déstockage d'énergie sous la forme d'air comprimé dans un réservoir. The invention relates to the field of energy storage. In particular, the invention relates to the field of the alternation of a gas compression and energy storage mode and a mode of expansion of gas and energy destocking in the form of compressed air in a reservoir.
Il est courant de chercher à stocker de l'énergie lorsque l'énergie est peu chère, par exemple lorsque la production d'énergie est supérieure à la demande et à déstocker l'énergie stockée lorsque l'énergie est plus chère, par exemple lorsque la demande est supérieure à la production. Plusieurs alternances de stockage/déstockage sont envisageables. Par exemple, il est possible de pratiquer des alternances de stockage/déstockage de période biannuelle, en stockant de l'énergie au printemps et en automne et en déstockant de l'énergie en été ou en hiver, quand la demande est importante.  It is common to try to store energy when the energy is cheap, for example when the energy production is higher than the demand and to destock the energy stored when the energy is more expensive, for example when demand is greater than production. Several alternations of storage / retrieval are possible. For example, biannual period storage / retrieval alternates, storing energy in spring and autumn, and releasing energy in summer or winter when demand is high.
De manière alternative, il est possible de stocker de l'énergie la nuit, lorsque la consommation d'énergie est faible et de libérer l'énergie stockée le jour, quand les consommateurs, industriels et particuliers, réclament plus d'énergie.  Alternatively, it is possible to store energy at night, when energy consumption is low and to release energy stored during the day, when consumers, industrial and private, demand more energy.
Encore de manière alternative le stockage d'énergie peut être utilisé afin de réguler et répartir dans le temps une production énergétique irrégulière. Il est possible de stocker de l'énergie lorsque des moyens de produire celle-ci sont disponibles et de déstocker l'énergie lorsque les moyens de la produire ne sont plus disponibles. Ainsi, des alternances de stockage/déstockage courts ou irréguliers peuvent être utilisées pour réguler par exemple la production énergétique de générateurs éoliens, soumis à un besoin de présence de vent ou encore de générateurs solaires, soumis à une nécessité de luminosité. Alternatively, energy storage can be used to regulate and distribute irregular energy production over time. It is possible to store energy when means of producing it are available and to destock the energy when the means to produce it are no longer available. Thus, short or irregular storage / retrieval cycles can be used to regulate, for example, the energy production of wind generators, subject to a need for the presence of wind or even solar generators, subject to a need for brightness.
Parmi les méthodes connues de stockage d'énergie, le stockage d'énergie sous forme d'air comprimé (ci-après « procédé CAES » pour « compressée! air energy storage » en anglais) est particulièrement intéressant. Il s'agit en effet d'une méthode simple et produisant peu de pertes, en particulier lorsqu'un fonctionnement adiabatique ou isotherme peut être assuré. Dans les procédés CAES, le stockage d'énergie comprend une phase de compression d'air au moyen d'un compresseur et un stockage de l'air comprimé dans un réservoir. Le déstockage d'énergie comprend une phase de détente de l'air stocké dans le réservoir durant laquelle est actionné un générateur de courant, par exemple une turbine couplée à un alternateur. Among the known methods of energy storage, the storage of energy in the form of compressed air (hereinafter "CAES process" for "compressed air energy storage" in English) is particularly interesting. This is indeed a simple and low-loss method, especially when adiabatic or isothermal operation can be ensured. In CAES processes, the energy storage comprises a compressor air compression phase and a storage tank compressed air storage. The destocking of energy comprises a phase of expansion of the air stored in the tank during which a current generator is actuated, for example a turbine coupled to an alternator.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 sur laquelle est représentée de façon schématique une installation 1 pour la mise en œuvre du procédé CAES selon l'état de la technique. Un procédé CAES comporte une phase de stockage d'énergie dans laquelle on procède à une compression d'air et une étape de déstockage d'énergie dans laquelle on procède à une détente de l'air préalablement comprimé. La détente est effectuée de façon à entraîner un train générateur 20, pour fournir du courant.  Referring firstly to Figure 1 which is shown schematically an installation 1 for implementing the CAES method according to the state of the art. A CAES process comprises an energy storage phase in which air is compressed and an energy destocking step in which the previously compressed air is expanded. The expansion is performed to drive a generator train 20, to provide power.
Cette installation 1 comporte un train de compression 10 permettant de faire passer un flux d'air entrant Fl d'une température d'entrée Te, par exemple proche de la température ambiante, et d'une pression d'entrée Pe, proche de la pression atmosphérique à une pression de stockage Pst, avec une température de stockage Tst. Plusieurs compresseurs 11, 12 montés en série peuvent être utilisés lors de la phase de compression. Le flux d'air comprimé Fl est ensuite stocké dans un réservoir d'air comprimé 100.  This installation 1 comprises a compression train 10 making it possible to pass an incoming air flow F1 from an inlet temperature Te, for example close to the ambient temperature, and from an inlet pressure Pe, close to the atmospheric pressure at a storage pressure Pst, with a storage temperature Tst. Several compressors 11, 12 connected in series can be used during the compression phase. The flow of compressed air F1 is then stored in a compressed air tank 100.
Le train générateur 20 permet de produire du courant lors de la détente d'un flux d'air sortant F2. A travers le train générateur 20, le flux d'air sortant passe d'une pression de réservoir Pr dans le réservoir 100, à une pression après détente (dite « post détente Pdc ») proche de la pression atmosphérique en sortie du train générateur 20. Le train générateur 20 peut comporter plusieurs générateurs 21, 22. Le passage de la pression de réservoir Pr à la pression post détente Pdc peut se faire en plusieurs paliers. Dans la suite, un « générateur » désigne un détendeur comportant par exemple au moins une turbine entraînée par l'air comprimé et couplée à au moins un alternateur.  The generator train 20 makes it possible to produce current during the expansion of an outgoing air flow F2. Through the generator train 20, the outgoing air flow passes from a reservoir pressure Pr in the tank 100, to a pressure after expansion (called "post-expansion Pdc") close to the atmospheric pressure at the output of the generator train 20 The generator train 20 may comprise several generators 21, 22. The passage from the tank pressure Pr to the post-expansion pressure Pdc can be done in several stages. In the following, a "generator" means a pressure reducer comprising for example at least one turbine driven by compressed air and coupled to at least one alternator.
La compression adiabatique d'air génère beaucoup de chaleur. Une partie de l'énergie fournie au train de compression 10 est dissipée sous forme d'énergie thermique dans le flux d'air entrant Fl comprimé et n'est pas utilisée pour augmenter la pression du flux d'air entrant Fl. Il s'agit là typiquement d'une source de diminution de rendement. De façon avantageuse, afin de ne pas perdre l'énergie thermique produite lors de la compression, celle-ci est stockée dans un ou plusieurs ensembles de stockage de chaleur 51, 52, afin d'être transférée à nouveau au flux d'air comprimé F2 sortant lors de la phase de déstockage. Lors de la phase de stockage, de l'énergie thermique Q est extraite du flux d'air entrant Fl en sortie de chaque compresseur 11, 12 au moyen de refroidisseurs 31, 32. Elle est ensuite stockée sous forme de chaleur dans un ou plusieurs réservoirs de chaleur 3. Lors de la phase de déstockage d'énergie, de l'énergie thermique stockée Q' est transférée au flux d'air sortant F2 avant qu'il n'entre dans les générateurs 21, 22 au moyen de réchauffeurs 41, 42. Les refroidisseurs 31, 32 et les réchauffeurs 41, 42 sont désignés ci-après « échangeurs de chaleur ».Adiabatic air compression generates a lot of heat. Part of the energy supplied to the compression train 10 is dissipated as thermal energy in the incoming compressed air stream Fl and is not used to increase the pressure of the incoming airflow Fl. This is typically a source of yield reduction. Advantageously, in order not to lose the thermal energy produced during the compression, the latter is stored in one or more heat storage assemblies 51, 52, in order to be transferred back to the compressed air flow. F2 outgoing during the destocking phase. During the storage phase, thermal energy Q is extracted from the incoming air flow F1 at the outlet of each compressor 11, 12 by means of coolers 31, 32. It is then stored as heat in one or more 3. During the phase of retrieval of energy, stored thermal energy Q 'is transferred to the outgoing air flow F2 before it enters the generators 21, 22 by means of heaters 41 , 42. Coolers 31, 32 and heaters 41, 42 are hereinafter referred to as "heat exchangers".
Chaque compresseur 11, 12 subit des contraintes très importantes du fait de la chaleur dégagée par la compression. En effet, le train de compression 10 peut générer, lors de la phase de compression, une augmentation cumulée de la température du flux d'air entrant Fl pouvant atteindre plus de 500°C ou même plus de 600°C. Each compressor 11, 12 undergoes very significant stresses due to the heat released by the compression. Indeed, the compression train 10 can generate, during the compression phase, a cumulative increase in the temperature of the incoming air flow Fl which can reach more than 500 ° C. or even more than 600 ° C.
En conséquence, la compression, est souvent effectuée au moyen de plusieurs compresseurs 11, 12 différents. Chaque compresseur 11, 12 ne subit alors qu'un faible gradient de température. Un tel ensemble de compresseurs peut comporter au moins un premier compresseur 11 et un dernier compresseur 12, éventuellement avec un ou plusieurs autres compresseurs intermédiaires. Bien entendu, si deux compresseurs seulement sont prévus, le dernier compresseur peut être nommé aussi « deuxième compresseur » ci-après. As a result, the compression is often performed by means of several different compressors 11, 12. Each compressor 11, 12 then undergoes a small temperature gradient. Such a set of compressors may comprise at least a first compressor 11 and a last compressor 12, possibly with one or more other intermediate compressors. Of course, if only two compressors are provided, the last compressor can be named also "second compressor" below.
Les moyens de transfert thermique permettent difficilement de transférer, avant une unique phase de détente, l'énergie thermique stockée suite à plusieurs compressions. En conséquence, il est fréquent que la détente soit aussi effectuée au moyen de plusieurs générateurs 21, 22 différents, l'énergie thermique stockée étant transférée par partie au flux d'air sortant, en entrée du ou des générateurs. Les générateurs 21, 22 comportent alors au moins un premier générateur 21 et un dernier générateur 22. Bien entendu, si deux générateurs seulement sont prévus, le dernier générateur peut être nommé aussi « deuxième générateur » ci-après.  The heat transfer means make it difficult to transfer, before a single expansion phase, the thermal energy stored following several compressions. Accordingly, it is common that the expansion is also performed by means of several generators 21, 22 different, the stored thermal energy being transferred in part to the outgoing air flow at the input of the generator or generators. The generators 21, 22 then comprise at least a first generator 21 and a last generator 22. Of course, if only two generators are provided, the last generator can be named also "second generator" below.
Les compresseurs 11, 12 et générateurs 21, 22 doivent fonctionner aux différentes températures et pressions imposées aux flux d'air entrant et sortant. Plus les températures de fonctionnement sont élevées et plus les appareils capables de fonctionner à ces températures sont onéreux. On cherche alors à diminuer les températures les plus hautes de chaque compresseur/générateur. The compressors 11, 12 and generators 21, 22 must operate at the different temperatures and pressures imposed on the incoming and outgoing air flows. More the Operating temperatures are high, and the equipment capable of operating at these temperatures is expensive. We then try to reduce the highest temperatures of each compressor / generator.
Lorsque la compression est faite au moyen de plusieurs compresseurs 11, 12, l'installation 1 comporte préférentiellement des refroidis seurs 31, 32, à la fois en sortie du train de compression 10, mais aussi entre chaque compresseur 11, 12, en tant que refroidisseur intermédiaire. Ainsi, chaque compresseur 11, 12 est à même de produire de l'air comprimé ayant une température haute par exemple inférieure à 400°C, par exemple inférieure à 350°C.  When the compression is made by means of several compressors 11, 12, the installation 1 preferably comprises coolers 31, 32, both at the output of the compression train 10, but also between each compressor 11, 12, as intercooler. Thus, each compressor 11, 12 is able to produce compressed air having a high temperature for example less than 400 ° C, for example less than 350 ° C.
De même, si la détente est faite au moyen de plusieurs générateurs 21, 22, l'installation 1 est agencée de façon à répartir les réchauffeurs 41, 42, à la fois en entrée du train générateur 20, mais aussi entre chaque générateur 21, 22, en tant que réchauffeur intermédiaire. Alors, l'énergie thermique Q' n'étant pas transférée en une seule fois au flux d'air sortant F2, la température haute du flux d'air comprimé entrant dans chaque générateur 21, 22 peut généralement être inférieure à 400°C, par exemple inférieure à 350°C. Similarly, if the expansion is done by means of several generators 21, 22, the installation 1 is arranged to distribute the heaters 41, 42, both at the input of the generator train 20, but also between each generator 21, 22, as an intermediate heater. Then, since the thermal energy Q 'is not transferred at one time to the outgoing air flow F2, the high temperature of the compressed air flow entering each generator 21, 22 can generally be less than 400 ° C. for example less than 350 ° C.
L'installation illustrée en figure 1 comporte ainsi deux ensembles de stockage de chaleur 51, 52, un premier ensemble de stockage de chaleur 51 comportant un refroidisseur intermédiaire 31 et un réchauffeur intermédiaire 41, et un deuxième ensemble de stockage de chaleur 52 comportant un refroidisseur terminal 32 et un réchauffeur initial 42 positionnés respectivement entre le train de compression 10 et le réservoir de stockage d'air comprimé 100 et entre le réservoir 100 et le train générateur 20. Les deux ensembles de stockage de chaleur peuvent comporter chacun un réservoir de chaleur 3 ou partager un tel réservoir de chaleur 3.  The installation illustrated in FIG. 1 thus comprises two heat storage assemblies 51, 52, a first heat storage unit 51 comprising an intermediate cooler 31 and an intermediate heater 41, and a second heat storage unit 52 comprising a cooler terminal 32 and an initial heater 42 respectively positioned between the compression train 10 and the compressed air storage tank 100 and between the reservoir 100 and the generator train 20. The two heat storage assemblies may each comprise a heat reservoir 3 or share such a heat reservoir 3.
Avantageusement un réservoir de chaleur 3 est lié à au moins un réchauffeur 41, 42 et au moins un refroidisseur 31, 32. En effet, si de l'énergie thermique Q' est transférée au flux d'air sortant F2 en phase de déstockage d'énergie, il est avantageux d'utiliser, pour alimenter le réchauffeur, l'énergie thermique Q extraite du flux d'air entrant Fl lors de la phase de stockage d'énergie. En conséquence, si l'installation comporte plusieurs réservoirs de chaleur 3 différents, le réchauffeur initial 42, et le refroidisseur terminal 32 sont généralement reliés à un même réservoir de chaleur 3. De même, les réchauffeurs intermédiaires et les refroidisseurs intermédiaires sont de préférence reliés, au moins deux par deux, à un même réservoir de chaleur, dit « réservoir intermédiaire ». Les installations de stockage d'énergie par procédé de stockage CAES adiabatique sont intéressantes, mais comme énoncé précédemment, bien que le rendement théorique approche 100% les performances généralement obtenues sont plutôt proches de 70%. Les solutions connues à ce jour ne sont donc pas complètement satisfaisantes. Il est donc recherché de nouveaux moyens de mettre en œuvre de façon efficace les procédés de type CAES adiabatiques. Advantageously, a heat reservoir 3 is connected to at least one heater 41, 42 and at least one cooler 31, 32. Indeed, if thermal energy Q 'is transferred to the outgoing air flow F2 during the destocking phase energy, it is advantageous to use, to supply the heater, thermal energy Q extracted from the incoming airflow Fl during the energy storage phase. Consequently, if the installation comprises several different heat reservoirs 3, the initial heater 42 and the end cooler 32 are generally connected to the same heat reservoir 3. Intermediate heaters and intermediate coolers are preferably connected, at least two by two, to a same heat reservoir, called "intermediate tank". Storage energy facilities CAES adiabatic storage process are interesting, but as stated above, although the theoretical yield approaching 100% performance generally obtained are rather close to 70%. The solutions known to date are therefore not completely satisfactory. It is therefore sought new ways to effectively implement CAES adiabatic type processes.
La présente invention est relative à un procédé de stockage de type CAES adiabatique amélioré. The present invention relates to an improved adiabatic CAES type storage method.
Les inventeurs ont remarqué que le deuxième compresseur, comprimant le flux d'air entrant déjà comprimé par un premier compresseur, a généralement un rendement de conversion plus élevé qu'attendu. Le rendement de conversion d'un compresseur est défini par le ratio entre un différentiel de pression apporté à une quantité de gaz donnée et une quantité d'énergie électrique fournie. En particulier, de façon générale, lors d'un dimensionnement d'une installation adaptée pour mettre en œuvre un procédé de type CAES adiabatique, de l'énergie thermique est extraite du flux d'air entrant entre deux compresseurs afin d'en réduire la température. En conséquence, les compresseurs sont adaptés pour compresser des flux d'air ayant des températures données avec un rendement de conversion donné. Les inventeurs ont identifié qu'au cours de l'utilisation de ce type d'installation, le rendement de conversion du deuxième compresseur évolue et est inférieur au rendement de conversion initial.  The inventors have noticed that the second compressor, compressing the incoming airflow already compressed by a first compressor, generally has a higher conversion efficiency than expected. The conversion efficiency of a compressor is defined by the ratio between a pressure differential brought to a given amount of gas and an amount of electric power supplied. In particular, in general, during a sizing of an installation adapted to implement a CAES adiabatic type process, thermal energy is extracted from the incoming air flow between two compressors in order to reduce temperature. As a result, the compressors are adapted to compress air streams having given temperatures with a given conversion efficiency. The inventors have identified that during the use of this type of installation, the conversion efficiency of the second compressor changes and is lower than the initial conversion efficiency.
Dans une installation adaptée pour mettre en œuvre un procédé de type CAES adiabatique, l'énergie extraite du flux d'air entrant entre deux compresseurs lors d'une phase de stockage d'énergie est stockée dans un ensemble de stockage de chaleur afin d'être utilisée lors d'une phase de déstockage d'énergie et transférée à un flux d'air sortant. Une relation s'établit donc entre l'énergie thermique extraite du flux d'air entrant afin d'être stockée, l'ensemble de stockage d'énergie et l'énergie thermique stockée transférée au flux d'air sortant. En fonctionnement normal, l'énergie thermique extraite du flux d'air entrant afin d'être stockée est sensiblement égale à l'énergie thermique stockée transférée au flux d'air sortant. Les inventeurs ont identifié que la température en sortie d'un générateur est plus importante que celle attendue (plus proche de 100°C à 150°C que de 50°C). En conséquence, avant d'entrer dans un réchauffeur, le flux d'air sortant à une température plus élevée que prévu et le réchauffeur ne peut transférer qu'une quantité d'énergie limitée au flux d'air sortant. Ainsi, l'alimentation en énergie des générateurs est sous-optimale. In an installation adapted to implement a CAES-type adiabatic process, the energy extracted from the air flow entering between two compressors during an energy storage phase is stored in a heat storage assembly in order to to be used during a phase of destocking of energy and transferred to a flow of outgoing air. A relationship is therefore established between the thermal energy extracted from the incoming air flow in order to be stored, the energy storage assembly and the stored thermal energy transferred to the outgoing air flow. In normal operation, the thermal energy extracted from the incoming airflow to be stored is substantially equal to the stored thermal energy transferred to the outgoing airflow. The inventors have identified that the temperature at the output of a generator is greater than that expected (closer to 100 ° C. to 150 ° C. than 50 ° C.). As a result, before entering a heater, the airflow exiting at a higher than expected temperature and the heater can only transfer a limited amount of energy to the outgoing airflow. Thus, the energy supply of the generators is suboptimal.
L'invention vient améliorer la situation. The invention improves the situation.
Elle propose tout d'abord une installation de compressions/détentes successives de gaz respectivement pour stocker/libérer de l'énergie, comprenant : It first proposes an installation of successive compressions / detents of gas respectively for storing / releasing energy, comprising:
* pour les compressions :  * for the compressions:
un premier compresseur du gaz délivrant une première quantité de chaleur, et au moins un deuxième compresseur en aval du premier compresseur délivrant une deuxième quantité de chaleur,  a first compressor of the gas delivering a first quantity of heat, and at least one second compressor downstream of the first compressor delivering a second quantity of heat,
* et pour les détentes :  * and for relaxation:
un premier détendeur du gaz produisant une première quantité de refroidissement, et  a first gas expander producing a first amount of cooling, and
au moins un deuxième détendeur en aval du premier détendeur. L'installation comporte en particulier des moyens de transfert thermique qui cumulent la première quantité de chaleur à la première quantité de refroidissement pour abaisser une température de gaz en amont du deuxième compresseur et, de là, améliorer un rendement de fonctionnement du deuxième compresseur. En particulier, l'installation au sens de l'invention comporte en outre des moyens refroidisseurs, en amont du deuxième compresseur et/ou en aval du premier détendeur, pour abaisser davantage la température du gaz en amont du deuxième compresseur. En fonctionnement, il est alors possible d'obtenir un meilleur rendement de conversion au deuxième compresseur que dans une installation au sens de l'art antérieur, ne comportant pas les moyens refroidisseurs précités. at least one second expander downstream of the first expander. The installation comprises in particular heat transfer means that accumulate the first amount of heat at the first cooling amount to lower a gas temperature upstream of the second compressor and hence improve an operating efficiency of the second compressor. In particular, the installation in the sense of the invention further comprises cooling means, upstream of the second compressor and / or downstream of the first expander, to further lower the temperature of the gas upstream of the second compressor. In operation, it is then possible to obtain a better conversion efficiency at the second compressor than in a plant according to the prior art, not including the aforementioned cooling means.
Dans une réalisation avantageuse, les moyens refroidisseurs sont connectés à au moins un collecteur d'énergie destiné à collecter une énergie thermique, extraite du gaz traversant les moyens refroidisseurs. Une telle réalisation permet de récupérer cette énergie thermique, par exemple pour un réseau de distribution d'énergie. In an advantageous embodiment, the cooling means are connected to at least one energy collector intended to collect a thermal energy, extracted from the gas passing through the cooling means. Such an embodiment makes it possible to recover this thermal energy, for example for a power distribution network.
Ainsi, le collecteur d'énergie précité peut être connecté à un réseau de distribution d'énergie, par exemple un réseau de distribution d'énergie thermique. Dans cet exemple, le collecteur d'énergie peut être destiné à chauffer un fluide transitant dans le réseau de distribution d'énergie thermique. Thus, the above-mentioned energy collector can be connected to a power distribution network, for example a thermal energy distribution network. In this example, the energy collector may be intended to heat a fluid passing through the thermal energy distribution network.
En variante ou en complément, le collecteur d'énergie comporte un convertisseur chaleur-énergie mécanique apte à transformer au moins une partie de l'énergie thermique extraite par les moyens refroidisseurs en énergie mécanique. Alternatively or additionally, the energy collector comprises a heat-energy mechanical converter capable of transforming at least a portion of the thermal energy extracted by the cooling means into mechanical energy.
Cette énergie mécanique peut elle-même être transformée en énergie électrique. Ainsi, le collecteur d'énergie peut comporter, en complément ou en variante, un convertisseur chaleur-courant apte à transformer au moins une partie de l'énergie thermique extraite par les moyens refroidisseurs en énergie électrique. This mechanical energy can itself be transformed into electrical energy. Thus, the energy collector may comprise, in addition or alternatively, a heat-current converter capable of transforming at least a portion of the thermal energy extracted by the cooling means into electrical energy.
Dans une telle réalisation, le convertisseur chaleur-courant peut avantageusement être adapté pour fonctionner selon un cycle organique de Rankine (ou « Cycle ORC »). Les moyens de refroidissement sont avantageusement adaptés pour abaisser la température du gaz jusqu'à une température inférieure à environ 75°C, ou encore inférieure à environ 50°C. Les moyens de transfert thermique comportent préférentiellement un circuit à fluide caloporteur incluant au moins : In such an embodiment, the heat-current converter may advantageously be adapted to operate according to an Organic Rankine Cycle (or "ORC Cycle"). The cooling means are advantageously adapted to lower the temperature of the gas to a temperature below about 75 ° C, or even below about 50 ° C. The heat transfer means preferably comprise a heat transfer fluid circuit including at least:
un premier échangeur de chaleur en amont du deuxième compresseur pour extraire de l'énergie thermique du gaz contenant la première quantité de chaleur, un réservoir de liquide froid fournissant un liquide froid au premier échangeur de chaleur et un réservoir de liquide chaud pour stocker l'énergie thermique extraite par le premier échangeur de chaleur, et  a first heat exchanger upstream of the second compressor for extracting heat energy from the gas containing the first amount of heat, a cold liquid reservoir providing a cold liquid to the first heat exchanger and a hot liquid reservoir for storing the thermal energy extracted by the first heat exchanger, and
un deuxième échangeur de chaleur en aval du premier détendeur pour fournir, à partir de l'énergie thermique stockée dans le réservoir de liquide chaud, de l'énergie thermique au gaz issu du premier détendeur,  a second heat exchanger downstream of the first expander for supplying, from the thermal energy stored in the hot liquid reservoir, thermal energy to the gas from the first expander,
les moyens refroidis seurs étant disposés entre le premier échangeur de chaleur et le deuxième compresseur et/ou entre le premier détendeur et le deuxième échangeur de chaleur. the cooling means being disposed between the first heat exchanger and the second compressor and / or between the first expander and the second heat exchanger.
En variante, les moyens de transfert thermique peuvent comporter un ou plusieurs réservoirs de chaleur à stockage d'énergie thermique réalisés dans une matière solide et adaptée en particulier pour : As a variant, the heat transfer means may comprise one or more thermal energy storage tanks made of a solid material and adapted in particular for:
refroidir un gaz les traversant issu du premier compresseur, et  cooling a gas passing through the first compressor, and
réchauffer un gaz les traversant, issu du premier détendeur,  to heat a gas passing through them, coming from the first regulator,
les moyens refroidis seurs étant disposés, comme dans le mode de réalisation précédent, entre les réservoirs de chaleur et le deuxième compresseur et/ou entre le premier détendeur et les réservoirs de chaleur. the cooling means being arranged, as in the previous embodiment, between the heat tanks and the second compressor and / or between the first expander and the heat tanks.
Dans une réalisation particulière, les moyens refroidis seurs sont disposés préférentiellement en aval du premier détendeur. La présente invention vise aussi un procédé de compressions/détentes successives de gaz respectivement pour stocker/libérer de l'énergie, comprenant : In a particular embodiment, the cooling means are preferably arranged downstream of the first expander. The present invention also aims at a method of successive compression / expansion of gas respectively for storing / releasing energy, comprising:
* pour les compressions :  * for the compressions:
une première compression délivrant une première quantité de chaleur, suivie - d'au moins une deuxième compression délivrant une deuxième quantité de chaleur, a first compression delivering a first quantity of heat, followed by at least a second compression delivering a second quantity of heat,
* et pour les détentes : * and for relaxation:
une première détente produisant une première quantité de refroidissement, suivie d'au moins une deuxième détente.  a first expansion producing a first amount of cooling followed by at least a second expansion.
Dans le procédé, on prévoit un transfert thermique entre la première quantité de chaleur et la première quantité de refroidissement pour abaisser une température de gaz avant la deuxième compression et, de là, améliorer un rendement de la deuxième compression. In the method, heat transfer between the first amount of heat and the first amount of cooling is provided to lower a gas temperature before the second compression and thereby improve a second compression efficiency.
Au sens de l'invention, on prévoit en outre des moyens refroidisseurs du gaz avant la deuxième compression et/ou après la première détente, pour abaisser davantage la température du gaz avant la deuxième compression.  Within the meaning of the invention, it is further provided means for cooling the gas before the second compression and / or after the first expansion, to further lower the temperature of the gas before the second compression.
Dans une réalisation avantageuse de ce procédé, on peut alors recycler une partie au moins d'une énergie thermique extraite desdits moyens refroidisseurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels : In an advantageous embodiment of this process, at least a portion of a thermal energy extracted from said cooling means can then be recycled. Other features and advantages of the invention will appear on examining the detailed description below, and the attached drawings in which:
la figure 1 représente une installation apte à mettre en œuvre un procédé CAES selon l'état de la technique;  FIG. 1 represents an installation capable of implementing a CAES method according to the state of the art;
la figure 2 illustre une installation apte à mettre en œuvre un mode de réalisation de l'invention ;  FIG. 2 illustrates an installation capable of implementing one embodiment of the invention;
la figure 3 illustre une installation apte à mettre en œuvre un procédé CAES selon un mode de réalisation de l'invention ;  FIG. 3 illustrates an installation capable of implementing a CAES method according to one embodiment of the invention;
la figure 4 illustre une installation apte à mettre en œuvre un procédé CAES selon un mode de réalisation de l'invention ;  FIG. 4 illustrates an installation capable of implementing a CAES method according to one embodiment of the invention;
- les figures 5A et 5B illustrent deux variantes de moyens de transfert thermique; la figure 6 illustre des moyens de transfert thermique pour expliquer un mode de fonctionnement de l'invention. FIGS. 5A and 5B illustrate two variants of heat transfer means; Figure 6 illustrates heat transfer means for explaining an operating mode of the invention.
Les mêmes références dans les différents dessins désignent des éléments équivalents. En référence à la figure 2, une installation 1 selon l'invention, adaptée pour mettre en œuvre un procédé de type CAES, comporte au moins deux convertisseurs pression- énergie mécanique 101, 102 adaptés pour convertir de l'énergie mécanique en une augmentation de pression dans un fluide et/ou inversement produire de l'énergie mécanique à partir d'un fluide comprimé. Un convertisseur pression-énergie mécanique est défini dans l'invention comme étant soit un compresseur, apte à comprimer un gaz, soit un détendeur fournissant de l'énergie mécanique à partir d'un flux de gaz comprimé, pouvant par exemple entraîner un alternateur afin de produire du courant, soit un appareil pouvant, en variante, comprimer ou entraîner un alternateur à partir d'un gaz comprimé. The same references in the different drawings denote equivalent elements. With reference to FIG. 2, an installation 1 according to the invention, adapted to implement a CAES type process, comprises at least two pressure-mechanical energy converters 101, 102 adapted to convert mechanical energy into an increase of pressure in a fluid and / or conversely produce mechanical energy from a compressed fluid. A pressure-mechanical energy converter is defined in the invention as being either a compressor capable of compressing a gas or an expander supplying mechanical energy from a compressed gas stream, which may, for example, drive an alternator so as to to produce current, that is to say an apparatus that can, alternatively, compress or drive an alternator from a compressed gas.
Entre deux convertisseurs pression-énergie mécanique 101, 102, l'installation 1 comporte des moyens de transfert thermique 150 adaptés pour extraire de l'énergie thermique d'un fluide, stocker cette énergie thermique dans un réservoir de chaleur 103 et transférer cette énergie thermique à un fluide, par exemple ultérieurement. Les moyens de transfert thermique comportent au moins un point froid PF et un point chaud PC. Un fluide froid à réchauffer entre par le point froid et sort par le point chaud et inversement pour un fluide chaud à refroidir. Between two pressure-mechanical energy converters 101, 102, the installation 1 comprises heat transfer means 150 adapted to extract thermal energy from a fluid, store this thermal energy in a heat reservoir 103 and transfer this thermal energy. to a fluid, for example later. The heat transfer means comprise at least one cold point PF and a hot point PC. A cold fluid to be heated between the cold point and out through the hot spot and vice versa for a hot fluid to cool.
De plus, l'installation comporte avantageusement un réservoir 100 dans lequel le fluide comprimé peut être stocké. Le fluide est de préférence un gaz, par exemple de l'air. Dans un premier mode de fonctionnement, l'installation 1 est adaptée pour compresser successivement au moins deux fois un flux de gaz entrant Fl avant de le stocker dans le réservoir 100. De plus, l'ensemble de stockage de chaleur 150 est adapté pour extraire de l'énergie thermique Q du flux de gaz entrant Fl au moins entre les deux étapes de compression.  In addition, the installation advantageously comprises a reservoir 100 in which the compressed fluid can be stored. The fluid is preferably a gas, for example air. In a first mode of operation, the installation 1 is adapted to compress successively at least twice an incoming gas flow Fl before storing it in the tank 100. In addition, the heat storage unit 150 is adapted to extract thermal energy Q of the incoming gas flow F1 at least between the two compression steps.
Dans un second mode de fonctionnement, l'installation 1 est adaptée pour produire de l'énergie mécanique à partir d'un flux de gaz sortant F2 issu du réservoir 100 par un ou plusieurs convertisseurs pression-énergie mécanique 101, 102 imposant au moins deux étapes successives de détente du flux de gaz sortant F2. De plus, l'ensemble de stockage de chaleur est adapté pour transférer de l'énergie thermique Q', stockée dans le réservoir de chaleur 103, au flux de gaz sortant F2 au moins entre les deux étapes de détente. In a second mode of operation, the installation 1 is adapted to produce mechanical energy from an outgoing gas flow F2 from the tank 100 by one or more pressure-mechanical energy converters 101, 102 imposing at least two successive stages of expansion of the outgoing gas flow F2. In addition, the heat storage assembly is adapted to transfer heat energy Q ', stored in the heat reservoir 103, to the outgoing gas flow F2 at least between the two expansion stages.
L'installation 1 comporte en particulier un refroidis seur supplémentaire 160 présent entre l'ensemble de stockage de chaleur 150 et un des deux convertisseurs pression- énergie mécanique 101, 102, du côté du point froid PF de l'ensemble de stockage de chaleur 150. The installation 1 comprises in particular an additional cooler 160 present between the heat storage assembly 150 and one of the two pressure-mechanical energy converters 101, 102, on the cold point side PF of the heat storage assembly 150. .
Les deux convertisseurs pression-énergie mécanique 101, 102, peuvent compresser un flux de gaz dans un premier mode de fonctionnement de l'installation, pour le stockage d'énergie. L'énergie mécanique utilisée pour entraîner les convertisseurs pression- énergie mécanique et permettre une compression peut avantageusement être fournie par un moteur électrique. Alternativement d'autres modes d'entraînement du compresseur peuvent être proposés.  The two pressure-mechanical energy converters 101, 102 can compress a flow of gas in a first mode of operation of the installation, for the storage of energy. The mechanical energy used to drive the pressure-mechanical energy converters and allow compression can advantageously be provided by an electric motor. Alternatively other compressor drive modes may be provided.
Réversiblement, l'installation peut comporter les deux convertisseurs pression-énergie mécanique 101, 102 adaptés maintenant pour produire de l'énergie mécanique à partir d'un flux de gaz dans un second mode de fonctionnement de l'installation. L'énergie mécanique produite peut être utilisée pour entraîner un générateur afin de produire de l'énergie électrique. Alternativement, l'énergie mécanique peut être utilisée autrement, par exemple directement pour entraîner une ou plusieurs machines. Conversely, the installation may comprise the two pressure-mechanical energy converters 101, 102 now adapted to produce mechanical energy from a gas flow in a second mode of operation of the installation. The mechanical energy produced can be used to drive a generator to produce electrical power. Alternatively, the mechanical energy can be used differently, for example directly to drive one or more machines.
Un premier mode particulier de réalisation d'une installation 1 selon l'invention est illustré en figure 3. Elle comporte en sortie d'un premier compresseur 11 un premier échangeur de chaleur dit refroidis seur intermédiaire 31 apte à extraire, avant que le flux d'air comprimé n'arrive dans un deuxième compresseur 12, une partie Q d'une énergie thermique apportée à un flux d'air entrant Fl par le premier compresseur 11. L'énergie thermique extraite Q est extraite, stockée et transférée par des moyens de transfert thermique 51, comportant le refroidisseur intermédiaire 31, un deuxième échangeur de chaleur (ou « réchauffeur intermédiaire ») 41 et un réservoir de chaleur 3.  A first particular embodiment of an installation 1 according to the invention is illustrated in FIG. 3. It comprises at the output of a first compressor 11 a first heat exchanger said intermediate cooler 31 able to extract, before the flow of compressed air arrives in a second compressor 12, a part Q of a thermal energy supplied to a flow of incoming air F1 by the first compressor 11. The thermal energy extracted Q is extracted, stored and transferred by means heat transfer unit 51, comprising the intermediate cooler 31, a second heat exchanger (or "intermediate heater") 41 and a heat reservoir 3.
Dans un mode de fonctionnement de stockage d'énergie de l'installation, le flux d'air entrant Fl, ayant une température entrante de stockage TOI en sortie du premier compresseur 11, pénètre dans le refroidisseur intermédiaire 31 d'où il ressort avec une température sortante de stockage T02, plus basse que la température entrante de stockage TOI. Ensuite, le flux d'air entrant Fl est compressé par un deuxième compresseur 12 et stocké dans le réservoir d'air comprimé 100. In an energy storage operating mode of the installation, the incoming airflow Fl, having an incoming storage temperature TOI at the output of the first compressor 11, enters the intercooler 31 where it emerges with an outgoing storage temperature T02, lower than the incoming storage temperature TOI. Then, the incoming airflow Fl is compressed by a second compressor 12 and stored in the compressed air tank 100.
Dans un mode de fonctionnement de déstockage d'énergie de l'installation, un flux d'air sortant F2 traverse un premier détendeur, adapté pour entraîner un alternateur, dit premier générateur 21, après avoir quitté le réservoir d'air comprimé 100. Le flux d'air sortant F2 est refroidi par détente en traversant le premier générateur 21. L'installation 1 est conçue de façon à faire pénétrer le flux d'air sortant F2 dans le réchauffeur intermédiaire 41, afin qu'il y soit réchauffé, avant de l'introduire dans un deuxième détendeur adapté pour entraîner un alternateur (ou « deuxième générateur ») 22. Une quantité d'énergie thermique Q' est alors transférée au flux d'air sortant F2. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'installation 1 comporte, entre le refroidisseur intermédiaire 31 et le deuxième compresseur 12, des moyens refroidisseurs 6. Les moyens refroidisseurs comportent un échangeur de chaleur adapté pour refroidir le gaz. In an operating mode of destocking energy of the installation, an outgoing air flow F2 passes through a first expander, adapted to drive an alternator, said first generator 21, after having left the compressed air reservoir 100. outgoing air flow F2 is cooled by expansion through the first generator 21. The installation 1 is designed to penetrate the outgoing air flow F2 in the intermediate heater 41, so that it is warmed before to introduce it into a second regulator adapted to drive an alternator (or "second generator") 22. A quantity of thermal energy Q 'is then transferred to the outgoing air flow F2. According to a first embodiment of the invention, the installation 1 comprises, between the intermediate cooler 31 and the second compressor 12, cooling means 6. The cooling means comprise a heat exchanger adapted to cool the gas.
Ces moyens refroidisseurs 6 (appelés « refroidisseur supplémentaire » ci-après) sont adaptés pour extraire une quantité Qs d'énergie thermique depuis le flux d'air entrant Fl refroidi par le refroidisseur intermédiaire 31. Le flux d'air entrant Fl quittant le refroidisseur intermédiaire 31 par un point froid PF, le refroidisseur supplémentaire 6 est positionné entre le point froid PF du refroidisseur intermédiaire 31 et le deuxième compresseur 12.  These cooling means 6 (called "additional cooler" below) are adapted to extract a quantity Qs of thermal energy from the incoming air flow F1 cooled by the intermediate cooler 31. The incoming airflow Fl leaving the cooler intermediate 31 by a cold point PF, the additional cooler 6 is positioned between the cold point PF of the intercooler 31 and the second compressor 12.
Le refroidisseur supplémentaire 6 permet de fournir au deuxième compresseur 12 un flux d'air entrant Fl ayant une température entrante de compresseur T03 plus basse que la température sortante de stockage T02 du refroidisseur intermédiaire 31. Le refroidisseur supplémentaire 6 permet cette réduction de température (« température sur-refroidie ») sans nécessiter de moyens de transfert thermique 51 intrinsèquement plus performants. Les inventeurs ont remarqué en effet que la température sortante de stockage T02 ne dépend pas uniquement de performances intrinsèques du refroidisseur intermédiaire 31, mais aussi d'une température entrante de déstockage TU du flux d'air sortant F2 en entrée du réchauffeur intermédiaire 41 lié au même réservoir de chaleur 3 que le refroidis seur intermédiaire 31. En effet, les moyens de transfert thermique comprenant le refroidis seur intermédiaire 31 permettent un transfert de chaleur entre le flux de gaz entrant et le flux de gaz sortant pénétrant dans les moyens de transfert thermique, et plus le flux de gaz sortant est chaud, moins le flux de gaz entrant est refroidi. The additional cooler 6 makes it possible to supply the second compressor 12 with an incoming airflow F1 having a compressor inlet temperature T03 lower than the storage leaving temperature T02 of the aftercooler 31. The additional cooler 6 allows this temperature reduction (" over-cooled temperature ") without requiring heat transfer means 51 intrinsically more efficient. The inventors have indeed observed that the outgoing storage temperature T02 does not depend solely on the intrinsic performances of the intermediate cooler 31, but also on an incoming destacking temperature TU of the outgoing air flow F2 at the inlet of the intermediate heater 41 connected to the same reservoir of In fact, the heat transfer means comprising the intermediate cooler 31 allow a transfer of heat between the incoming gas flow and the outgoing gas flow entering the heat transfer means, and more the outgoing gas flow is hot, minus the incoming gas flow is cooled.
Le refroidisseur supplémentaire 6 n'est pas utilisé pour stocker de l'énergie thermique afin de la déstocker dans le flux de gaz sortant. Le refroidisseur supplémentaire 6 a alors des performances de refroidissement du flux d'air entrant Fl indépendantes du flux d'air sortant F2.  The additional cooler 6 is not used to store thermal energy in order to destock it in the outgoing gas stream. The additional cooler 6 then has cooling performance of the incoming airflow F1 independent of the outgoing airflow F2.
Ainsi, selon le premier mode de réalisation de l'invention, le deuxième compresseur 12 a une température entrante de compresseur T03 plus faible que selon l'état de la technique. Le deuxième compresseur 12 a donc un rendement de conversion plus important que selon l'état de la technique et consomme donc moins d'énergie électrique pour fonctionner. Thus, according to the first embodiment of the invention, the second compressor 12 has a lower compressor inlet temperature T03 than according to the state of the art. The second compressor 12 therefore has a higher conversion efficiency than according to the state of the art and therefore consumes less electrical energy to operate.
Le refroidisseur supplémentaire 6 est de préférence un refroidisseur utilisant peu ou pas d'énergie électrique pour fonctionner. Il peut s'agir d'un simple radiateur, par exemple un radiateur à ailette, ou encore d'un radiateur à eau, transférant de l'énergie thermique vers une masse d'eau, par exemple un circuit d'eau. Alternativement, il peut s'agir d'une pompe à chaleur utilisant peu d'énergie électrique. En particulier, une telle pompe à chaleur utilise moins d'énergie électrique que l'énergie électrique économisée lors du fonctionnement du deuxième compresseur selon l'invention. The additional cooler 6 is preferably a cooler using little or no electrical energy to operate. It may be a simple radiator, for example a finned radiator, or a water radiator, transferring thermal energy to a body of water, for example a water circuit. Alternatively, it may be a heat pump using little electrical energy. In particular, such a heat pump uses less electrical energy than the electrical energy saved during operation of the second compressor according to the invention.
L'installation illustrée en figure 3 ne comporte que deux compresseurs. En conséquence un seul refroidisseur intermédiaire 31 a été représenté. Cependant, lorsque le train de compression 10 de l'installation comporte plus de deux compresseurs 11, 12 montés en série, les moyens de transfert thermique comportent avantageusement plusieurs refroidis seurs intermédiaires, généralement un en aval de chaque compresseur. De plus, il est avantageux de positionner un refroidisseur supplémentaire 6 en amont de chaque compresseur pour lequel le flux de gaz entrant Fl est issu d'un refroidisseur intermédiaire. The installation illustrated in FIG. 3 comprises only two compressors. As a result only one cooler 31 has been shown. However, when the compression train 10 of the installation comprises more than two compressors 11, 12 connected in series, the thermal transfer means advantageously comprise several intermediate coolers, generally one downstream of each compressor. In addition, it is advantageous to position an additional cooler 6 upstream of each compressor for which the incoming gas flow Fl is derived from an intercooler.
L'installation peut comporter en outre un refroidisseur terminal (non représenté) positionné entre le train de compression 10 et le réservoir d'air comprimé 100, par exemple en sortie d'un dernier compresseur 12. Le refroidisseur terminal est apte à extraire de l'énergie thermique apportée au flux d'air comprimé par le dernier compresseur 12 avant que le flux d'air comprimé ne soit stocké dans le réservoir d'air comprimé 100. L'énergie thermique alors extraite est stockée dans un réservoir de chaleur lié au refroidisseur terminal. De même, un réchauffeur initial peut être positionné de façon à chauffer le flux d'air sortant F2 en entrée du train générateur 20. Le réchauffeur initial est de préférence lié au même réservoir de chaleur que le refroidisseur terminal. The installation may further comprise a terminal cooler (not shown) positioned between the compression train 10 and the compressed air reservoir 100, by example at the outlet of a last compressor 12. The terminal cooler is able to extract heat energy supplied to the flow of compressed air by the last compressor 12 before the flow of compressed air is stored in the storage tank. compressed air 100. The thermal energy then extracted is stored in a heat reservoir connected to the terminal cooler. Likewise, an initial heater may be positioned to heat the outgoing airflow F2 at the input of the generator train 20. The initial heater is preferably bonded to the same heat reservoir as the terminal cooler.
Un second mode de réalisation de l'invention, illustré en figure 4, met en œuvre une autre approche permettant aussi d'obtenir en entrée du deuxième compresseur un flux d'air entrant Fl plus froid.  A second embodiment of the invention, illustrated in FIG. 4, implements another approach that also makes it possible to obtain, at the input of the second compressor, a colder inflating air flow F1.
L'installation de la figure 4 est similaire à l'installation illustrée en figure 3. L'installation représentée sur la figure 4 illustre, en sus du second mode de réalisation de l'invention, certaines des variantes possibles de l'installation mentionnées plus haut et applicables aux deux modes de réalisation. Par exemple, l'installation comporte de façon illustrative plus de deux compresseurs dans le train de compression 10 et plus de deux générateurs dans le train générateur 20 et plus particulièrement trois compresseurs 11, 12, 13 et trois générateurs 21, 22, 23. De plus, ainsi que mentionné précédemment, les moyens de transfert thermique peuvent comporter un refroidisseur intermédiaire 31, 32 entre chaque compresseur 11, 12, 13 et un réchauffeur intermédiaire 45, 46 entre chaque générateur 21, 22, 23. Les réchauffeurs intermédiaires et les refroidisseurs intermédiaires peuvent appartenir à des moyens communs, généraux, de transfert thermique, par exemple avec un circuit de fluide froid comme moyen refroidisseur se prolongeant par un circuit de ce même fluide réchauffé, comme moyen réchauffeur..  The installation of FIG. 4 is similar to the installation illustrated in FIG. 3. The installation represented in FIG. 4 illustrates, in addition to the second embodiment of the invention, some of the possible variants of the installation mentioned above. high and applicable to both embodiments. For example, the installation comprises illustratively more than two compressors in the compression train 10 and more than two generators in the generator train 20 and more particularly three compressors 11, 12, 13 and three generators 21, 22, 23. more, as mentioned above, the heat transfer means may comprise an intermediate cooler 31, 32 between each compressor 11, 12, 13 and an intermediate heater 45, 46 between each generator 21, 22, 23. Intermediate heaters and coolers intermediates can belong to common, general, heat transfer means, for example with a cold fluid circuit as cooler means extending by a circuit of the same heated fluid, as a heating means ..
Par ailleurs, l'installation comprend un refroidisseur terminal 33 en sortie du train de compression 10 et un réchauffeur initial 43 en entrée du train générateur 20. L'installation illustrée comprend un unique réservoir de chaleur 3 pour stocker des quantités d'énergie thermique Q1 ; -Q1 ; QT, -QT, extraites par les différents refroidisseurs 31, 32, 33 et les transmettre aux réchauffeurs 43, 45, 46. Dans le second mode de réalisation de l'invention, les moyens refroidisseurs comportent un refroidisseur supplémentaire de déstockage 60 positionné en aval d'un détendeur. Le refroidisseur supplémentaire de déstockage 60 est préférentiellement positionné en entrée d'au moins un réchauffeur intermédiaire 45, 46, entre un point froid PF du réchauffeur intermédiaire 45, 46, par lequel entre le flux de gaz sortant F2 à réchauffer, et le générateur 21, 22 qui précède le réchauffeur intermédiaire 45, 46 dans le train générateur 20. On prévoit, de préférence, un refroidisseur supplémentaire de déstockage 60 en entrée de chaque refroidisseur intermédiaire 45, 46. Furthermore, the installation comprises a terminal cooler 33 at the output of the compression train 10 and an initial heater 43 at the input of the generator train 20. The illustrated installation comprises a single heat reservoir 3 for storing quantities of thermal energy Q 1; -Q 1; QT, -QT, extracted by the different coolers 31, 32, 33 and transmit them to the heaters 43, 45, 46. In the second embodiment of the invention, the cooling means comprise an additional destocking cooler 60 positioned downstream of a pressure reducer. The additional destocking cooler 60 is preferably positioned at the inlet of at least one intermediate heater 45, 46, between a cold point PF of the intermediate heater 45, 46, between which the flow of outgoing gas F2 to be heated, and the generator 21 , 22 which precedes the intermediate heater 45, 46 in the generator train 20. Preferably, an additional destocking cooler 60 is provided at the inlet of each intercooler 45, 46.
Ainsi, lorsque l'installation fonctionne en mode de déstockage d'énergie et de détente du gaz, le flux d'air sortant F2 issu d'un générateur 21, 22 est refroidi par la détente utilisée pour produire du courant et est ensuite sur-refroidi par le refroidisseur supplémentaire de déstockage 60. Une énergie thermique Qs est alors extraite par le refroidisseur supplémentaire de déstockage 60. Ensuite, le flux d'air sortant F2 pénètre dans le réchauffeur intermédiaire 45, 46 où une quantité Ql d'énergie thermique stockée préalablement dans le réservoir de chaleur 3 lui est transférée. Le gaz ainsi réchauffé permet, en traversant un deuxième générateur 22, 23 de produire du courant. De plus, si le flux d'air sortant n'était pas réchauffé en entrée du deuxième générateur, sa température pourrait être est trop faible, par exemple proche de la température ambiante. Dans ce cas, la détente à l'intérieur du générateur pourrait produire une température de sortie inférieure à zéro degré Celsius. De la glace pourrait se former, ce qui pourrait bloquer le générateur et empêcher la détente et le déstockage d'énergie. Le second mode de réalisation de l'invention, et en particulier le positionnement du ou des refroidisseurs supplémentaires de déstockage 60 s'applique aussi dans les différentes variantes d'installation mentionnées plus haut. Par exemple, l'installation peut comporter uniquement deux compresseurs et/ou uniquement deux générateurs. Elle peut comprendre ou non un refroidisseur terminal et/ou un réchauffeur initial. Le ou les refroidisseurs 31, 32, 33 peuvent être reliés à un même réservoir de chaleur 3 ou à des réservoirs de chaleur différents. Thus, when the installation is operating in the mode of release of energy and expansion of the gas, the outgoing air flow F2 coming from a generator 21, 22 is cooled by the trigger used to produce current and is then overloaded. cooled by the additional destocking cooler 60. A thermal energy Qs is then extracted by the additional destocking cooler 60. Then, the outgoing air flow F2 enters the intermediate heater 45, 46 where a quantity Q1 of stored thermal energy previously in the heat tank 3 is transferred to it. The gas thus heated allows, through a second generator 22, 23 to produce current. In addition, if the outgoing air flow was not heated to the input of the second generator, its temperature could be too low, for example close to the ambient temperature. In this case, the expansion inside the generator could produce an outlet temperature of less than zero degrees Celsius. Ice could form, which could block the generator and prevent the relaxation and destocking of energy. The second embodiment of the invention, and in particular the positioning of the additional coolers or destocking 60 also applies in the various installation variants mentioned above. For example, the installation may comprise only two compressors and / or only two generators. It may or may not include a terminal cooler and / or an initial heater. The cooler (s) 31, 32, 33 may be connected to the same heat tank 3 or to different heat tanks.
Le stockage d'énergie thermique peut être réalisé au moyen d'un fluide caloporteur FC (figure 5A). Les réchauffeurs 41, 42, et les refroidisseurs 31, 32 sont alors des parties distinctes d'un même ensemble de moyens de transfert thermique 51. Un flux de fluide caloporteur FC est mis en circulation entre le point froid PF et le point chaud PC de l'échangeur de chaleur (réchauffeur intermédiaire ou refroidisseur intermédiaire, dans un sens ou dans l'autre, mais de préférence en sens inverse du flux d'air à réchauffer et/ou refroidir). Ainsi, lorsque de l'énergie thermique Q est extraite du flux d'air entrant Fl qui se refroidit, elle est transférée au flux de fluide caloporteur FC qui se réchauffe et inversement. Lorsque de l'énergie thermique Q' est transférée au flux d'air sortant F2, elle est extraite au flux de fluide caloporteur FC qui se refroidit. Thermal energy storage can be achieved by means of a heat transfer fluid FC (Figure 5A). The heaters 41, 42, and the coolers 31, 32 are then distinct parts of the same set of heat transfer means 51. A flow of fluid heat transfer medium is circulated between the cold point PF and the PC hot point of the heat exchanger (intermediate heater or intercooler, in one direction or the other, but preferably in the opposite direction of the air flow to reheat and / or cool). Thus, when thermal energy Q is extracted from the incoming airflow Fl that cools, it is transferred to the flow of coolant FC which is heated and vice versa. When thermal energy Q 'is transferred to the outgoing airflow F2, it is extracted to the coolant flow FC that cools.
De préférence, les points chauds PC des différents échangeurs de chaleur 31, 41 sont reliés à un même réservoir de liquide chaud RC et les points froids PF des échangeurs de chaleur 31, 41 sont liés à un même réservoir de liquide froid RF. Lorsque l'installation fonctionne en mode de compression de gaz et de stockage d'énergie, le fluide caloporteur FC circule depuis le réservoir de liquide froid RF jusqu'au point froid PF d'au moins un refroidisseur 31, accumule de la chaleur dans le refroidisseur 31 et sort du refroidisseur 31 au niveau de son point chaud PC. Le fluide caloporteur FC est ensuite dirigé jusqu'au réservoir de liquide chaud RC. Lorsque l'installation fonctionne en mode de détente de gaz et de déstockage d'énergie, le fluide caloporteur FC circule depuis le réservoir de liquide chaud RC jusqu'au point chaud PC d'au moins un réchauffeur 41, perd de la chaleur dans le réchauffeur 41 et sort du réchauffeur 41 au niveau de son point froid PF. Le fluide caloporteur FC est ensuite dirigé jusqu'au réservoir de liquide froid RF. Preferably, the hot spots PC of the various heat exchangers 31, 41 are connected to the same hot liquid reservoir RC and the cold points PF of the heat exchangers 31, 41 are connected to the same cold liquid tank RF. When the installation operates in gas compression and energy storage mode, the heat transfer fluid FC flows from the cold liquid reservoir RF to the cold point PF of at least one cooler 31, accumulates heat in the cooler 31 and out of the cooler 31 at its PC hotspot. The heat transfer fluid FC is then directed to the hot liquid reservoir RC. When the installation operates in the gas expansion and energy release mode, the heat transfer fluid FC flows from the hot liquid reservoir RC to the hot point PC of at least one heater 41, loses heat in the heater 41 and exits the heater 41 at its cold point PF. The heat transfer fluid FC is then directed to the cold liquid reservoir RF.
Avec ce mode de stockage de l'énergie thermique, l'énergie thermique Q est principalement stockée dans le réservoir de liquide chaud RC et les échanges de chaleur avec les flux d'air entrant Fl et sortant F2 peuvent avoir lieu en des points éloignés. L'énergie thermique extraite Q, ou transférée Q', peut être calculée à partir de la différence entre la température de point chaud TC et la température de point froid TF de l'échangeur thermique et à partir du flux de fluide caloporteur FC.  With this thermal energy storage mode, the thermal energy Q is mainly stored in the hot liquid reservoir RC and the heat exchanges with the inflowing air inflows Fl and outgoing F2 can take place at remote points. The thermal energy extracted Q, or transferred Q ', can be calculated from the difference between the hot spot temperature TC and the cold spot temperature TF of the heat exchanger and from the coolant flow FC.
De façon alternative, l'énergie thermique peut être stockée dans un matériau solide tel que du béton ou des matériaux naturels ou manufacturés (figure 5B). Dans ce cas, l'énergie thermique n'est pas convoyée depuis un refroidisseur vers un réservoir de chaleur puis vers un réchauffeur. Préférentiellement, chaque réservoir de chaleur 51 fait aussi office d'échangeur de chaleur quel que soit le mode de fonctionnement de l'installation. En particulier, le réservoir de chaleur fait office de réchauffeur lorsque l'installation est en mode de déstockage d'énergie et de détente de gaz et fait office de refroidisseur lorsque l'installation est en mode de stockage d'énergie et de compression de gaz. Ainsi, préférentiellement, chaque réservoir de chaleur est traversé par les flux d'air, soit dans un sens, depuis son point chaud PC vers son point froid PF, pour refroidir le flux d'air entrant Fl, soit en sens inverse pour réchauffer le flux d'air sortant F2. L'énergie thermique extraite est stockée dans le matériau solide et les flux d'air traversant l'échangeur de chaleur se réchauffent ou se refroidissent au contact du matériau solide. Un unique échangeur de chaleur peut faire office simultanément de refroidisseur intermédiaire en entrée de plusieurs compresseurs. Inversement, il est possible de prévoir plusieurs échangeurs de chaleur, montés en série ou en parallèle, entre deux compresseurs, et donc entre deux réchauffeurs. Alternatively, the thermal energy can be stored in a solid material such as concrete or natural or manufactured materials (Figure 5B). In this case, the thermal energy is not conveyed from a cooler to a heat reservoir and then to a heater. Preferably, each heat reservoir 51 also acts as a heat exchanger regardless of the operating mode of the heat exchanger. installation. In particular, the heat tank acts as a heater when the installation is in the mode of energy destocking and gas expansion and acts as a cooler when the installation is in energy storage mode and compression of gas . Thus, preferably, each heat reservoir is traversed by the air flows, in one direction, from its hot point PC to its cold point PF, to cool the incoming air flow Fl, or in the opposite direction to heat the air. Outgoing air flow F2. The thermal energy extracted is stored in the solid material and the air flows through the heat exchanger heat or cool in contact with the solid material. A single heat exchanger can simultaneously serve as an intercooler at the inlet of several compressors. Conversely, it is possible to provide several heat exchangers, mounted in series or in parallel, between two compressors, and therefore between two heaters.
La figure 6 illustre le fonctionnement d'un ensemble de stockage de chaleur adiabatique 70 comprenant un refroidisseur 73, pour extraire de l'énergie thermique Q d'un premier fluide Fl ayant une température entrante chaude TE1 et la stocker dans un réservoir de chaleur 3, et un réchauffeur 74 pour utiliser au moins une partie Q' de l'énergie thermique stockée afin de réchauffer un deuxième fluide F2. Dans une installation CAES, le deuxième fluide est réchauffé lors d'une phase de fonctionnement différente de celle pendant laquelle on refroidit le premier fluide.  FIG. 6 illustrates the operation of an adiabatic heat storage unit 70 comprising a cooler 73, for extracting thermal energy Q from a first fluid F1 having a hot incoming temperature TE1 and storing it in a heat reservoir 3 and a heater 74 for using at least a portion Q 'of the stored thermal energy to heat a second fluid F2. In a CAES installation, the second fluid is heated during a different operating phase from that during which the first fluid is cooled.
En fonctionnement normal, si l'on considère les moyens de transfert thermique comme adiabatiques, l'énergie thermique Q extraite du premier fluide Fl est sensiblement égale à la quantité d'énergie thermique Q' utilisée pour chauffer le deuxième fluide F2. Le deuxième fluide F2 a, avant réchauffement, une température entrante froide TE2 et, après réchauffement, une température sortante réchauffée TS2. La quantité d'énergie thermique Q' utilisée pour chauffer le deuxième fluide F2 est définie par une différence entre la température sortante réchauffée TS2 et la température entrante froide TE2. La température sortante réchauffée TS2 est inférieure ou égale à la température entrante chaude TE1 du premier fluide Fl. En conséquence, l'énergie thermique utilisée Q' pour chauffer le deuxième fluide F2 dépend d'une température entrante froide TE2 du deuxième fluide F2 et de la température entrante chaude TE1 du premier fluide Fl. Dans une installation apte à mettre en œuvre un procédé de stockage d'énergie de type CAES adiabatique, la température entrante chaude TE1 du premier fluide Fl est sensiblement fixe, puisqu'elle est due au transfert d'une première quantité de chaleur dans un gaz suite à une compression précise. L'énergie thermique Q extraite du premier fluide Fl dépend alors uniquement de la température entrante froide TE2 du deuxième fluide F2. Enfin, il s'ensuit que le premier fluide Fl a une température sortante froide TS1, après refroidissement, qui dépend de la température entrante froide TE2 du deuxième fluide F2 en entrée du réchauffeur 74. In normal operation, considering the thermal transfer means as adiabatic, the thermal energy Q extracted from the first fluid F1 is substantially equal to the amount of thermal energy Q 'used to heat the second fluid F2. The second fluid F2 has, before heating, a cold incoming temperature TE2 and, after heating, a warmed outgoing temperature TS2. The amount of heat energy Q 'used to heat the second fluid F2 is defined by a difference between the heated outgoing temperature TS2 and the incoming cold temperature TE2. The heated outgoing temperature TS2 is less than or equal to the hot incoming temperature TE1 of the first fluid F1. Consequently, the heat energy used Q 'for heating the second fluid F2 depends on a cold incoming temperature TE2 of the second fluid F2 and the incoming hot temperature TE1 of the first fluid Fl. In an installation capable of implementing an adiabatic CAES energy storage method, the hot incoming temperature TE1 of the first fluid F1 is substantially fixed, since it is due to the transfer of a first quantity of heat into a gas following a precise compression. The thermal energy Q extracted from the first fluid F1 then depends solely on the cold incoming temperature TE2 of the second fluid F2. Finally, it follows that the first fluid F1 has a cold outgoing temperature TS1, after cooling, which depends on the cold incoming temperature TE2 of the second fluid F2 at the inlet of the heater 74.
Une installation apte à mettre en œuvre un procédé CAES fonctionne par une alternance de cycles d'extraction d'énergie thermique puis de réintroduction d'énergie thermique. D'un cycle à l'autre, les températures de point froid TF sont sensiblement identiques entre elles et les températures de point chaud TC sont sensiblement identiques entre elles. Si les ensembles de stockage de chaleur sont dimensionnés de façon appropriée, en fonctionnement nominal, on peut considérer en première approximation que le point chaud PC et le point froid PF ont des températures sensiblement invariantes.  An installation capable of implementing a CAES process operates by alternating cycles of extraction of thermal energy and then reintroduction of thermal energy. From one cycle to another, the cold spot temperatures TF are substantially identical to each other and the hot spot temperatures TC are substantially identical to each other. If the heat storage assemblies are appropriately sized, in nominal operation, it can be considered as a first approximation that the hot point PC and the cold point PF have substantially invariant temperatures.
On entend par « fonctionnement nominal » (ou « fonctionnement normal », précédemment) le fait que l'installation fonctionne de façon optimale, ou tout au moins de façon attendue.  The term "nominal operation" (or "normal operation", previously) means that the installation operates optimally, or at least in an expected manner.
Lors de l'établissement de ce fonctionnement nominal, la température de point froid TF tend vers la température entrante de déstockage TE2 et la température de point chaud TC tend vers la température entrante de stockage TEL When establishing this nominal operation, the cold spot temperature TF tends to the incoming storage temperature TE2 and the hot spot temperature TC tends to the incoming storage temperature TEL
Aussi, plus la température de point froid TF de l'échangeur de chaleur est chaude, moins la température sortante de stockage TS1 est-elle basse et moins la température d'entrée dans le deuxième compresseur est basse.  Also, the colder the temperature TF point of the heat exchanger is hot, the lower the storage temperature TS1 is low and less the inlet temperature in the second compressor is low.
Les réservoirs de stockage de chaleur peuvent permettre théoriquement un refroidissement depuis une température entrante chaude TE1 élevée, proche de 350°C ou jusqu'à 400°C ou 600°C ou plus, jusqu'à une température sortante froide TS1 de l'ordre d'une valeur de température ambiante, par exemple 15°C ou 25°C ou même 50°C. Les inventeurs ont cependant remarqué que lors de l'établissement du régime permanent, la température sortante froide TS1 est plus élevée que cette température sortante froide théorique. The heat storage tanks can theoretically allow cooling from a hot incoming temperature TE1 high, close to 350 ° C or up to 400 ° C or 600 ° C or higher, up to a cold outgoing temperature TS1 of the order an ambient temperature value, for example 15 ° C or 25 ° C or even 50 ° C. The inventors, however, noted that when establishing the permanent, the outgoing cold temperature TS1 is higher than this theoretical cold outgoing temperature.
Dans une installation apte à mettre en œuvre un procédé de stockage d'énergie de type CAES adiabatique selon l'état de la technique, la température sortante froide TS1 de l'ensemble de stockage de chaleur intermédiaire correspond à une température du flux d'air entrant Fl en entrée du deuxième compresseur lorsque l'installation est dans un mode de stockage d'énergie.  In an installation capable of implementing a CAES-type adiabatic energy storage method according to the state of the art, the cold outgoing temperature TS1 of the intermediate heat storage assembly corresponds to a temperature of the air flow. entering Fl at the input of the second compressor when the installation is in an energy storage mode.
Selon le premier mode de réalisation de l'invention décrit précédemment en référence à la figure 5 A, il est alors proposé de corriger la température sortante froide TS1, trop élevée, par l'ajout d'une étape de refroidissement supplémentaire, au moyen du refroidisseur supplémentaire 6, entre l'ensemble de stockage de chaleur et le deuxième compresseur.  According to the first embodiment of the invention described previously with reference to FIG. 5A, it is then proposed to correct the cold outgoing temperature TS1, which is too high, by the addition of an additional cooling step, by means of the additional cooler 6, between the heat storage assembly and the second compressor.
Les inventeurs ont de plus remarqué que lorsque l'installation est en mode de déstockage d'énergie, le flux d'air sortant F2 issu des détendeurs 21, 22 n'a pas une température aussi basse que désirée. En effet, la température du flux d'air sortant F2 en sortie de détendeur n'est généralement pas proche de la température ambiante ou même de 50°C comme initialement dimensionné, mais d'une température plus proche d'environ 100°C ou même d'environ 150°C.  The inventors have further noted that when the installation is in the energy destocking mode, the outgoing air flow F2 from the regulators 21, 22 does not have a temperature as low as desired. Indeed, the temperature of the outgoing air flow F 2 at the outlet of the expander is generally not close to the ambient temperature or even 50 ° C as initially dimensioned, but a temperature closer to about 100 ° C or even about 150 ° C.
En conséquence, la température entrante de déstockage TE2 du flux d'air entrant dans le réchauffeur lors de la phase de déstockage est généralement plus proche de 100°C ou même de 150°C en fonctionnement nominal. Lors de l'établissement du fonctionnement nominal, dans l'ensemble de réservoirs de chaleur 3, la température de point froid TF des réservoirs de chaleur 3 augmente et tend progressivement vers la température du flux d'air sortant F2 en sortie du premier générateur, soit environ 100°C ou même environ 150°C au lieu d'environ 50°C. Lors de la phase de stockage d'énergie, le flux d'air entrant Fl n'est refroidi que jusqu'à la température du flux d'air sortant F2 en sortie du premier générateur, soit environ 100°C ou 150°C.  Consequently, the incoming TE2 destocking temperature of the air flow entering the heater during the destocking phase is generally closer to 100 ° C. or even 150 ° C. in nominal operation. During the establishment of the nominal operation, in the set of heat tanks 3, the cold spot temperature TF of the heat tanks 3 increases and gradually tends towards the temperature of the outgoing air flow F2 at the outlet of the first generator, about 100 ° C or even about 150 ° C instead of about 50 ° C. During the energy storage phase, the incoming air flow F1 is cooled only up to the temperature of the outgoing air flow F2 at the outlet of the first generator, ie about 100 ° C. or 150 ° C.
Selon le second mode de réalisation de l'invention présenté ci-avant en référence à la figure 5B, le refroidisseur supplémentaire de déstockage 60 introduit entre le premier générateur 21 et le réchauffeur intermédiaire 51 permet un sur-refroidissement du flux d'air sortant F2 issu du premier générateur. Il s'en suit un abaissement de la température entrante de déstockage TE2 dans le réchauffeur intermédiaire 51. La température en sortie du refroidis seur supplémentaire de déstockage 60 est dite alors « sur-refroidie ». En conséquence, lors de l'établissement d'un fonctionnement nominal, la température de point froid de l'ensemble de réservoirs de chaleur 3 tend vers cette température sur-refroidie, inférieure à la température du flux d'air sortant F2 en sortie du premier générateur. La température sur-refroidie peut être inférieure ou égale à 75°C ou inférieure ou égale à 50°C ou encore plus faible. Il est ainsi possible d'obtenir en fonctionnement nominal une température de point froid TF inférieure à l'état de la technique ; le flux d'air entrant F2 a donc une température plus faible que dans l'état de la technique à la fois en sortie du refroidisseur intermédiaire 51 et en entrée du second compresseur. Le second compresseur a donc un rendement de conversion plus important que selon l'état de la technique. According to the second embodiment of the invention presented above with reference to FIG. 5B, the additional destocking cooler 60 introduced between the first generator 21 and the intermediate heater 51 allows an overcooling of the outgoing airflow F2. from the first generator. It follows a lowering of the TE2 outlet storage temperature in the intermediate heater 51. The outlet temperature of the additional destocking cooler 60 is then called "over-cooled". Consequently, during the establishment of a nominal operation, the cold spot temperature of the heat reservoir assembly 3 tends towards this over-cooled temperature, lower than the temperature of the outgoing air flow F 2 at the outlet of the first generator. The over-cooled temperature may be less than or equal to 75 ° C or less than or equal to 50 ° C or lower. It is thus possible to obtain in nominal operation a cold spot temperature TF lower than the state of the art; the incoming air flow F2 therefore has a lower temperature than in the state of the art both at the outlet of the aftercooler 51 and at the inlet of the second compressor. The second compressor therefore has a higher conversion efficiency than according to the state of the art.
De plus, comme les températures des points chauds des réchauffeurs 51, 52 sont identiques à ceux de l'état de la technique, les températures et pressions en entrée des deux générateurs 21, 22 sont sensiblement identiques à ceux de l'état de la technique. Les installations selon le premier et le second mode de réalisation décrites ci-avant ont une même capacité de production que les installations de l'état de la technique et un même rendement en phase de déstockage d'énergie tout en ayant au moins un compresseur ayant un meilleur rendement.  In addition, since the hot spot temperatures of the heaters 51, 52 are identical to those of the state of the art, the inlet temperatures and pressures of the two generators 21, 22 are substantially identical to those of the state of the art. . The installations according to the first and second embodiments described above have the same production capacity as the installations of the state of the art and the same efficiency in phase of destocking energy while having at least one compressor having better performance.
Dans des modes avantageux de réalisation de l'invention, l'énergie thermique extraite par les refroidisseurs supplémentaires 6, 60 est avantageusement collectée par un collecteur 61 et distribuée dans des réseaux de distribution d'énergie 62 (figure 4). Les réseaux de distribution d'énergie 62 peuvent être des réseaux de chaleur, des générateurs de vapeur ou des réseaux de distribution d'eau chaude pour une habitation, une ville ou un appareil. Alternativement, ou en supplément, l'énergie thermique collectée peut être transformée en un autre type d'énergie, mécanique ou électrique, par exemple par un convertisseur chaleur/courant fonctionnant selon les cycles organiques de Rankine (ou « cycles ORC »). In advantageous embodiments of the invention, the thermal energy extracted by the additional coolers 6, 60 is advantageously collected by a collector 61 and distributed in power distribution networks 62 (FIG. 4). Power distribution networks 62 may be heat networks, steam generators, or hot water distribution systems for a home, city, or appliance. Alternatively, or in addition, the collected thermal energy can be converted into another type of energy, mechanical or electrical, for example by a heat / current converter operating according to organic Rankine cycles (or "ORC cycles").
Lorsque ces modes avantageux de collecte et/ou de transformation de l'énergie thermique extraite par les refroidisseurs supplémentaires 6, 60 sont appliqués au second mode de réalisation de l'invention, l'énergie ainsi récupérée est extraite et distribuée lors de la phase de déstockage, c'est-à-dire lorsque la demande en énergie est plus importante. When these advantageous modes of collecting and / or transforming the thermal energy extracted by the additional coolers 6, 60 are applied to the second embodiment of the invention, the energy thus recovered is extracted and distributed during the destocking phase, that is to say when the energy demand is higher.
Dans ce cas, l'installation selon l'invention a un rendement encore amélioré : non seulement moins d'énergie est utilisée lors de la phase de stockage d'énergie, mais il est produit plus d'énergie lors de la phase de déstockage d'énergie que dans une installation selon l'état de la technique. En effet, à une production d'énergie par les générateurs activés par l'air comprimé se rajoute l'énergie extraite par le refroidisseur supplémentaire de déstockage 60 et transformée ou distribuée selon les moyens précités.  In this case, the plant according to the invention has a further improved efficiency: not only is less energy used during the energy storage phase, but more energy is produced during the destocking phase. energy than in an installation according to the state of the art. Indeed, energy production by the generators activated by compressed air is added the energy extracted by the additional destocking cooler 60 and transformed or distributed according to the aforementioned means.
Le principe de l'invention peut être appliqué à des installations où les compresseurs (et/ou détendeurs) fonctionnent avec d'autres gammes de température que celles décrites plus haut. Par exemple, le deuxième compresseur peut être réglé pour fonctionner de façon optimale lorsque la température du flux de gaz en entrée du compresseur est proche de 250°C ou 300°C ou encore d'autres températures plus élevées. De même, le flux de gaz entrant, issu du premier compresseur, ou le flux de gaz entrant dans le deuxième détendeur, peut avoir une température de l'ordre de 600°C ou 700°C ou plus encore. Dans ces cas là, les moyens de transfert thermique peuvent être dimensionnés avec une température froide théorique de 100°C ou 150°C, ou 250°C ou 300°C, ou toute autre température au lieu de 15°C ou 25°C comme cité plus haut. The principle of the invention can be applied to installations where the compressors (and / or expander) operate with other ranges of temperature than those described above. For example, the second compressor can be set to operate optimally when the temperature of the compressor inlet gas flow is close to 250 ° C or 300 ° C or other higher temperatures. Similarly, the incoming gas flow from the first compressor, or the gas flow entering the second expander, can have a temperature of the order of 600 ° C or 700 ° C or more. In these cases, the heat transfer means can be sized with a theoretical cold temperature of 100 ° C or 150 ° C, or 250 ° C or 300 ° C, or any other temperature instead of 15 ° C or 25 ° C as mentioned above.
Le principe de l'invention est aussi applicable pour de telles installations et permet une amélioration du rendement de conversion du deuxième compresseur. En effet, pour une même variation de pression, dans le sens de la compression ou de la détente, les compresseurs produisent une quantité de chaleur plus importante que celle dissipée par la détente, ce qui peut s'expliquer par le fait que les compresseurs et les détendeurs ne sont pas des convertisseurs pression-énergie mécanique parfaits.  The principle of the invention is also applicable for such installations and allows an improvement of the conversion efficiency of the second compressor. Indeed, for the same variation in pressure, in the direction of compression or expansion, the compressors produce a greater amount of heat than that dissipated by the trigger, which can be explained by the fact that the compressors and Regulators are not perfect mechanical pressure-energy converters.
Il est alors possible de positionner des moyens refroidis seurs supplémentaires pour abaisser la température du flux de gaz entrant, entre les moyens de transfert thermique et le deuxième compresseur, et/ou pour abaisser la température du flux de gaz sortant entre le premier détendeur et les moyens de transfert thermique. Les moyens refroidisseurs peuvent alors être réglés pour abaisser la température du gaz de 10°C, 50°C, 100°C, 150°C ou plus selon l'installation. It is then possible to position additional cooling means to lower the temperature of the incoming gas flow, between the heat transfer means and the second compressor, and / or to lower the temperature of the outgoing gas flow between the first expander and the heat transfer means. The cooling means can then be set to lower the gas temperature by 10 ° C, 50 ° C, 100 ° C, 150 ° C or higher depending on the installation.

Claims

Revendications claims
1. Installation de compressions/détentes successives de gaz respectivement pour stocker/libérer de l'énergie, comprenant : 1. Installation of successive compressions / detents of gas respectively for storing / releasing energy, comprising:
* pour les compressions :  * for the compressions:
un premier compresseur (11, 12, 101) du gaz délivrant une première quantité de chaleur, et  a first compressor (11, 12, 101) of the gas delivering a first quantity of heat, and
au moins un deuxième compresseur (12, 13, 102) en aval du premier compresseur (11, 12, 101) délivrant une deuxième quantité de chaleur,  at least one second compressor (12, 13, 102) downstream of the first compressor (11, 12, 101) delivering a second quantity of heat,
* et pour les détentes :  * and for relaxation:
un premier détendeur (21, 22, 102) du gaz produisant une première quantité de refroidissement, et  a first expander (21, 22, 102) of the gas producing a first amount of cooling, and
au moins un deuxième détendeur (22, 23, 101) en aval du premier détendeur (21, 22, 102),  at least one second expander (22, 23, 101) downstream of the first expander (21, 22, 102),
dans laquelle des moyens de transfert thermique (51, 150) cumulent la première quantité de chaleur à la première quantité de refroidissement pour abaisser une température de gaz en amont du deuxième compresseur (12, 13, 102) et, de là, améliorer un rendement de fonctionnement du deuxième compresseur (12, 13, 102), caractérisée en ce que l'installation comporte en outre des moyens refroidis seurs (6, 60, 160), en amont du deuxième compresseur (12, 13, 102) et/ou en aval du premier détendeur (21, 22, 102), pour abaisser davantage la température du gaz en amont du deuxième compresseur (12, 13, 102). wherein heat transfer means (51, 150) accumulates the first amount of heat at the first cooling amount to lower a gas temperature upstream of the second compressor (12, 13, 102) and thereby improves efficiency. operating the second compressor (12, 13, 102), characterized in that the installation further comprises cooling means (6, 60, 160), upstream of the second compressor (12, 13, 102) and / or downstream of the first expander (21, 22, 102) to further lower the temperature of the gas upstream of the second compressor (12, 13, 102).
2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens refroidis seurs (6, 60, 160) sont connectés à au moins un collecteur d'énergie destiné à collecter une énergie thermique, extraite du gaz traversant les moyens refroidisseurs (6, 60, 160). 2. Installation according to claim 1, characterized in that the cooling means (6, 60, 160) are connected to at least one energy collector for collecting thermal energy, extracted from the gas passing through the cooling means (6, 60, 160).
3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le collecteur d'énergie est connecté à un réseau de distribution d'énergie. 3. Installation according to claim 2, characterized in that the energy collector is connected to a power distribution network.
4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le réseau de distribution d'énergie est un réseau de distribution d'énergie thermique, le collecteur d'énergie étant destiné à chauffer un fluide transitant dans le réseau de distribution d'énergie thermique. 4. Installation according to claim 3, characterized in that the energy distribution network is a thermal energy distribution network, the energy collector being intended to heat a fluid passing through the thermal energy distribution network. .
5. Installation selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le collecteur d'énergie comporte un convertisseur chaleur-énergie mécanique apte à transformer au moins une partie de l'énergie thermique extraite par les moyens refroidisseurs (6, 60, 160) en énergie mécanique. 5. Installation according to one of claims 2 to 4, characterized in that the energy collector comprises a heat-energy mechanical converter capable of transforming at least a portion of the thermal energy extracted by the cooling means (6, 60 , 160) in mechanical energy.
6. Installation selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le collecteur d'énergie comporte un convertisseur chaleur-courant apte à transformer au moins une partie de l'énergie thermique extraite par les moyens refroidisseurs (6, 60, 160) en énergie électrique. 6. Installation according to one of claims 2 to 5, characterized in that the energy collector comprises a heat-current converter capable of transforming at least a portion of the thermal energy extracted by the cooling means (6, 60, 160) in electrical energy.
7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le convertisseur chaleur- courant est adapté pour fonctionner selon un cycle organique de Rankine. 7. Installation according to claim 6, characterized in that the heat-current converter is adapted to operate according to an organic Rankine cycle.
8. Installation selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les moyens de refroidissements sont adaptés pour abaisser la température du gaz jusqu'à une température inférieure à environ 75°C ou à environ 50°C. 8. Installation according to one of the preceding claims characterized in that the cooling means are adapted to lower the temperature of the gas to a temperature below about 75 ° C or about 50 ° C.
9. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de transfert thermique (51, 150) comportent un circuit à fluide caloporteur (FC) incluant au moins : 9. Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the heat transfer means (51, 150) comprise a coolant circuit (FC) including at least:
un premier échangeur de chaleur (31, 32) en amont du deuxième compresseur (12, 13, 102) pour extraire de l'énergie thermique du gaz contenant la première quantité de chaleur,  a first heat exchanger (31, 32) upstream of the second compressor (12, 13, 102) for extracting thermal energy from the gas containing the first quantity of heat,
un réservoir de liquide froid (RF) fournissant un liquide froid au premier échangeur de chaleur (31, 32) et un réservoir de liquide chaud (RC) pour stocker l'énergie thermique extraite par le premier échangeur de chaleur (31, 32), et un deuxième échangeur de chaleur (41, 45, 46) en aval du premier détendeur (21, 22, 102) pour fournir, à partir de ladite énergie thermique stockée dans le réservoir de liquide chaud (RC), de l'énergie thermique au gaz issu du premier détendeur (21, 22, 102), a cold liquid reservoir (RF) supplying a cold liquid to the first heat exchanger (31, 32) and a hot liquid reservoir (RC) for storing thermal energy extracted by the first heat exchanger (31, 32), and a second heat exchanger (41, 45, 46) downstream of the first expander (21, 22, 102) for supplying, from said heat energy stored in the hot liquid reservoir (RC), thermal energy at gas from the first expander (21, 22, 102),
les moyens refroidis seurs (6, 60, 160) étant disposés entre le premier échangeur de chaleur (31, 32) et le deuxième compresseur (12, 13, 102) et/ou entre le premier détendeur (21, 22, 102) et le deuxième échangeur de chaleur (41, 45, 46). the cooling means (6, 60, 160) being arranged between the first heat exchanger (31, 32) and the second compressor (12, 13, 102) and / or between the first expander (21, 22, 102) and the second heat exchanger (41, 45, 46).
10. Installation selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel les moyens de transfert thermique (51, 150) comportent un ou plusieurs réservoirs de chaleur (3, 103, 51) à stockage d'énergie thermique réalisés dans une matière solide adaptée pour : refroidir un gaz les traversant issu du premier compresseur (11, 12, 101), et réchauffer un gaz les traversant, issu du premier détendeur (21, 22, 102), les moyens refroidisseurs (6, 60, 160) étant disposés entre lesdits réservoirs de chaleur (3, 103, 51) et le deuxième compresseur (12, 13, 102) et/ou entre le premier détendeur (21, 22, 102) et les réservoirs de chaleur (3, 103, 51). 10. Installation according to one of claims 1 to 8, wherein the heat transfer means (51, 150) comprise one or more thermal energy storage tanks (3, 103, 51) made of a solid material. adapted to: cool a gas passing through the first compressor (11, 12, 101), and heat a gas therethrough, from the first expander (21, 22, 102), the cooling means (6, 60, 160) being disposed between said heat storage tanks (3, 103, 51) and the second compressor (12, 13, 102) and / or between the first expansion valve (21, 22, 102) and the heat storage tanks (3, 103, 51) .
11. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens refroidisseurs (6, 60, 160) sont disposés en aval du premier détendeur (21, 22, 102). 11. Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling means (6, 60, 160) are arranged downstream of the first expander (21, 22, 102).
12. Procédé de compressions/détentes successives de gaz respectivement pour stocker/libérer de l'énergie, comprenant : 12. A method of successive compressions / detents of gas respectively for storing / releasing energy, comprising:
* pour les compressions :  * for the compressions:
- une première compression délivrant une première quantité de chaleur, suivie a first compression delivering a first quantity of heat, followed
d'au moins une deuxième compression délivrant une deuxième quantité de chaleur, at least one second compression delivering a second quantity of heat,
* et pour les détentes : * and for relaxation:
une première détente produisant une première quantité de refroidissement, suivie d'au moins une deuxième détente,  a first expansion producing a first amount of cooling, followed by at least a second expansion,
procédé dans lequel on prévoit un transfert thermique entre la première quantité de chaleur et la première quantité de refroidissement pour abaisser une température de gaz avant la deuxième compression et, de là, améliorer un rendement de ladite deuxième compression, a method in which heat transfer between the first amount of heat and the first amount of cooling is provided to lower a gas temperature before the second compression and hence to improve a yield of said second compression,
caractérisé en ce qu'on prévoit des moyens refroidi s seur s (6, 60, 160) du gaz avant la deuxième compression et/ou après la première détente, pour abaisser davantage la température du gaz avant la deuxième compression. characterized in that cooling means (6, 60, 160) of the gas are provided before the second compression and / or after the first expansion, to further lower the temperature of the gas before the second compression.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'on recycle une partie au moins d'une énergie thermique extraite desdits moyens refroidis seurs (6, 60, 160). 13. The method of claim 12, characterized in that recycle at least a portion of a thermal energy extracted from said cooling means (6, 60, 160).
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